表面特性对冰粘附强度影响的研究

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1、广州大学硕士学位论文表面特性对冰粘附强度影响的研究专业：供热、供燃气、通风及空调工程硕士生：唐珊指导教师：丁云飞摘要表面结冰不但降低了制冷系统的运行效率，而且给航天航空、电力传输、网络通讯等领域的正常运行带来了潜在的危险，甚至会造成严重的经济损失。因此，研究材料表面冰层粘附特性，特别是研究不同表面冰粘附强度的变化规律对抑冰除冰、保证系统安全高效运行有着重要意义。采用NaOH溶液化学刻蚀、氟硅烷修饰裸铝表面等方法制备了实验所需的具有不同表面特性的试片，并对其表面特性进行了实验表征，将各试片置于低温条件下结冰，利用构建的冰粘附强度实验装置，测

2、试浸润性、表面微观结构和表面能等对试片表面冰粘附强度的影响规律，进而探索抑冰减粘的材料表面，从而指导低粘附表面结构的优化设计。结果显示，疏水表面粘附强度均小于亲水表面的粘附强度，其中刻蚀时间为8min，氟硅烷修饰24h的S8#试片，表面接触角值最大（154.9°），其冰粘附强度最小，仅为22.8kPa，相比裸铝试片，冰粘附减小系数达3.3。进一步的研究表明冰粘附强度与接触角两者之间关系并不明确，不能单纯用表面接触角来评价材料表面抑冰减粘性能。通过对冰粘附强度与表面粗糙度、分形维数关系的分析，发现亲水表面冰粘附强度随着粗糙度的增加而增加，疏

3、水表面上冰粘附强度随着粗糙度的增加而减小，这主要是由于表面粗糙度对浸润性的不同影响造成的。进一步分析表明，表面粗糙度与其粘附强度存在下列关系yx1.0726+52.509（亲水），yx-0.6736+74.483（疏水）；此外，亲水表面冰粘附强度随分形维数的增加而减小，疏水表面冰粘附强度随分形维数的增加而增加。相应的线性关系式分别为：yx-146.6+493.5（亲水），yx95.45209.9（疏水）。I表面特性对冰粘附强度影响的研究表面能也对冰粘附强度有较大影响。表面能较小的试片，冰粘附强度也较小；表面能较大的试片，冰粘附强

4、度也较大。从经典异质核化理论分析，经氟硅烷修饰后表面能较低的铝表面，临界冰晶核半径较大，冰晶较难形成，导致冰粘附强度较小。关键词：粘附强度；化学刻蚀；接触角；粗糙度；分形维数；表面能II广州大学硕士学位论文ResearchontheEffectsofSurfacePropertiesonIceAdhesionStrengthMajor:Heating,VentilatingandAirConditioningEngineeringName:TangShanSupervisor:DingYunfeiAbstractIceadheringon

5、surfacesnotonlycanreducetheefficiencyofrefrigerationsystem,butalsobringpotentialdangerstosystemsnormaloperationsuchasaerospaceaviation,powertransmission,networkcommunication,evencancauseseriouseconomiclosses.Therefore,studyingtheiceadhesioncharacteristicsofmaterialsurface

6、,especiallyresearchingiceadhesionstrengthchangerulesofdifferentsurfaces,ithasimportantsignificancetoobstructicing,deicingandensuresafeandefficientoperationofsystem.TakingthemethodofchemicaletchingusingNaOHsolutionandsurfacemodificationusingfluorinesilanetopreparetestsampl

7、eswithdifferentsurfaceproperties,andhavingexperimentalcharacterizationontheirsurfaceproperties.Puttingsamplesunderlowtemperatureconditiontomakefreezing,usingthebuiltexperimentalapparatusoficeadhesionstrength.Measuringtheeffectwetability,surfacemicrostructureandsurfaceener

8、gyonsurfaceiceadhesionstrengthofsamples,andthenexploringthesurfacecanobstructicingandreduceadhes