技術探討：超疏水換熱器的抑霜和化霜

WaterOff

2023-08-11 22:39:28

隨著科技的發(fā)展，換熱器的設計和材料也在不斷進步。其中，超疏水換熱器因其獨特的性能特點，越來越受到研究者和工業(yè)界的關注。本文將詳細介紹超疏水換熱器的材料特性、結(jié)構設計、性能特點，以及其在抑霜和化霜方面的表現(xiàn)。

（示意圖，不對應文中任何具體產(chǎn)品）

親水鋁箔換熱器與超疏水換熱器的區(qū)別

親水鋁箔換熱器，顧名思義，其材料特性是親水的，這意味著水分子會被吸附在其表面，形成一層水膜。這種特性在一些應用中是有利的，例如在冷凝器中，水膜可以幫助提高換熱效率。然而，這也意味著在霜凍環(huán)境下，水膜會變成霜，從而降低換熱效率。

而超疏水換熱器的材料特性則恰恰相反，它的表面會排斥水分子，使得水分子無法在其表面形成水膜。這種特性使得超疏水換熱器在霜凍環(huán)境下具有優(yōu)越的性能，因為沒有水膜的存在，霜的形成被有效地抑制了。

超疏水換熱器的材料特性

超疏水換熱器的材料特性主要體現(xiàn)在其疏水性上。疏水性是指材料表面對水的排斥性，這種特性使得水分子無法在材料表面形成穩(wěn)定的水膜。

超疏水換熱器的疏水性主要來自其表面的微納米結(jié)構，這種結(jié)構使得水分子在接觸到材料表面時會形成一個高接觸角，從而實現(xiàn)了超疏水的效果。

技術探討：超疏水換熱器的抑霜和化霜2.png

上圖是研究者范來富通過實際測量多份樣品的接觸角，取平均值后得到親水、常規(guī)和超疏水翅片的平均接觸角。結(jié)果顯示：超疏水材料換熱器平均接觸角遠大于親水鋁箔材料和常規(guī)材料。

超疏水換熱器的結(jié)構設計

超疏水換熱器的結(jié)構設計也是其疏水性的重要來源。超疏水換熱器采用了獨特的微納米結(jié)構設計，這種設計使得其表面形成了一種類似蓮葉表面的微觀結(jié)構。這種微觀結(jié)構使得水分子在接觸到材料表面時會形成一個高接觸角，從而實現(xiàn)了超疏水的效果。

此外，超疏水換熱器的結(jié)構設計還考慮到了換熱效率的問題。由于其疏水性，使得水蒸氣無法在其表面凝結(jié)，從而避免了形成水膜，提高了換熱效率。

超疏水換熱器的性能特點

超疏水換熱器的性能特點主要體現(xiàn)在其高效的抑霜和化霜能力上。由于其疏水性，使得水蒸氣無法在其表面凝結(jié)，因此，霜的形成被有效地抑制了。而在需要進行化霜時，由于沒有水膜的存在，霜可以直接從超疏水表面脫落，實現(xiàn)了快速化霜。

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上圖為某實驗結(jié)果圖。

此外，超疏水換熱器還具有良好的耐腐蝕性和耐磨損性。這些性能特點使得超疏水換熱器在冷凍、空調(diào)等需要進行抑霜和化霜的設備中有著廣泛的應用前景。

超疏水換熱器的抑霜和化霜

最新的研究表明，超疏水換熱器在抑霜和化霜方面的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的親水鋁箔換熱器。這為冷凍、空調(diào)等需要進行抑霜和化霜的設備提供了新的設計思路。

在抑霜方面，由于超疏水換熱器的疏水性，使得水蒸氣無法在其表面凝結(jié)，因此，霜的形成被有效地抑制了。而在化霜方面，由于沒有水膜的存在，霜可以直接從超疏水表面脫落，實現(xiàn)了快速化霜。

對于親水和常規(guī)換熱器，當翅片表面溫度升高，與表面直接接觸的底部霜層最先融化。融化后形成的化霜水被其上部的霜層吸收，使得霜層演變?yōu)樗旌衔铩０殡S著底部霜層的不斷融化，霜－水混合物中化霜水的比例逐漸增大，致使混合物出現(xiàn)類似于“滑冰” 的運動，即在重力作用下沿著翅片表面向下滑動。

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在下滑過程中，霜－水混合物不斷從翅片表面吸收熱量用于霜層融化以及化霜水的蒸發(fā)。對于超疏水換熱器，其表面化霜過程的特性完全不同。從圖中可以看出，在經(jīng)歷了短暫的霜層預熱和底部霜層的部分融化后，由于超疏水翅片的低粘附效應，霜－水混合物難以在翅片表面附著，因而在重力的作用下從換熱器表面直接剝離，整個過程未觀察到霜層融化和水膜運動。霜層融化后，對于潤濕性極好的親水換熱器，化霜水平鋪在翅片表面，形成了一層薄薄的水膜，這是霜－水混合物從翅片表面滑落時黏附在表面的。對于常規(guī)換熱器，翅片表面形成了許多大小分布不一的“水橋”。“水橋”的形成阻礙了霜－水混合物的滑落，對化霜過程是不利的。而對于超疏水換熱器，由于霜層在基本未融化的情況下從翅片表面脫落，翅片表面保持相對干燥，無明顯地化霜水滯留。

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