[發明專利]一種脈沖超聲波去除疏水表面液滴的抑霜裝置及方法

在審

• 申請號: 202211610055.5
• 申請日: 2022-12-14
• 公開（公告）號: CN115930529A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 龔建英;吳馨;高鐵瑜;王宇濤;靳龍;黃睿寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F25D21/06
• 分類號: F25D21/06;B06B3/02;B06B1/06;F25D21/00;B64D15/16;B64D15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種脈沖超聲波去除疏水表面液滴的抑霜裝置及方法，抑霜裝置包括超聲波發生器以及與超聲波發生器相連的超聲波換能器，超聲波換能器通過變幅桿連接疏水面板，超聲波發生器生成高頻交流電信號發送給超聲波換能器，超聲波換能器將高頻交流電信號轉變為超聲機械振動信號，通過變幅桿將超聲波換能器將輸出端機械振動的質點位移或者速度放大，并將機械振動傳至疏水面板的表面；疏水表面的減阻作用與超聲波的機械振動效應進行耦合作用，實現疏水面板工作表面冷凝液滴的去除，在最小能耗的基礎上阻礙霜晶的形成。本發明利用較小功率的超聲波即可驅動去除較大尺度范圍的冷凝液滴，可持續去除液滴，工作穩定，高效節能。

技術領域

本發明屬于抑霜技術領域，涉及一種脈沖超聲波去除疏水表面液滴的抑霜裝置及方法。

背景技術

在低溫工業領域中，霜凍沉積是眾所周知的不良現象，當潮濕的空氣接觸到溫度低于空氣露點和水冰點的冷表面時就會在上面形成霜。由于空氣壓降的增加和熱效率的降低，沉積在換熱器冷表面上的霜不可避免地會降低制冷機組的性能。此外，飛機機翼上的霜凍可能會導致嚴重的安全問題。因此，需要開發一種有效的方法來防止霜凍的成核和生長。

目前最常用的是電加熱器，電加熱器工作過程中利用其他部分回收的熱量以及定期關閉系統以進行主動或被動除霜。顯然，這些方法都消耗能量，并且總是伴隨著整體效率的降低。在所有情況下，都應盡可能延遲或避免冰晶成核以及表面上霜層的后續生長和致密化。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種脈沖超聲波去除疏水表面液滴的抑霜裝置及方法，對結霜初期的冷凝液滴進行定向快速的去除，在最小能耗的基礎上阻礙霜晶的形成，去除液滴效果顯著，不影響制冷系統工作效率，可持續去除液滴。

為了實現上述目的，本發明有如下的技術方案：

一種脈沖超聲波去除疏水表面液滴的抑霜裝置，包括超聲波發生器，以及與超聲波發生器相連的超聲波換能器，超聲波換能器通過變幅桿連接疏水面板，超聲波發生器生成高頻交流電信號發送給超聲波換能器，超聲波換能器將高頻交流電信號轉變為超聲機械振動信號，通過變幅桿將超聲波換能器將輸出端機械振動的質點位移或者速度放大，并將機械振動傳至疏水面板的表面；疏水表面的減阻作用與超聲波的機械振動效應進行耦合作用，實現疏水面板工作表面冷凝液滴的去除，在最小能耗的基礎上阻礙霜晶的形成。

作為一種優選方案，所述的疏水面板為圓盤鋁板。

作為一種優選方案，傳至疏水面板表面的機械振動的振幅能夠克服阻止冷凝液滴接觸線運動的能壘。

作為一種優選方案，傳至疏水面板表面的機械振動使疏水面板內質點交替振動，質點相繼在各自的平衡位置附近往復運動，冷凝液滴內各微元體離開平衡位置進行鋪展變形，同時伴隨透明性喪失；

冷凝液滴的直徑鋪展率按下式計算：

作為一種優選方案，冷凝液滴在鋪展過程中，三相線處的表面張力與超聲波驅動力達到平衡，表達式如下：

γ_LG(cosθ-cosθ_i)＝F?????????????????????(1)

式中γ_LG為液-氣表面張力，θ和θ_i分別為瞬時接觸角和初始接觸角，F為超聲波驅動力；

在三相線附近產生一個可傳遞動量的有限薄邊界層，邊界層厚度按下式計算：

式中μ為粘度，ρ為液體密度，ω為振動角頻率；

超聲波驅動力按下式計算：

式中U和R分別為鋁板振動振幅和液滴接觸半徑；