[发明专利]一种脉冲超声波去除疏水表面液滴的抑霜装置及方法

说明书

本发明公开了一种脉冲超声波去除疏水表面液滴的抑霜装置及方法，抑霜装置包括超声波发生器以及与超声波发生器相连的超声波换能器，超声波换能器通过变幅杆连接疏水面板，超声波发生器生成高频交流电信号发送给超声波换能器，超声波换能器将高频交流电信号转变为超声机械振动信号，通过变幅杆将超声波换能器将输出端机械振动的质点位移或者速度放大，并将机械振动传至疏水面板的表面；疏水表面的减阻作用与超声波的机械振动效应进行耦合作用，实现疏水面板工作表面冷凝液滴的去除，在最小能耗的基础上阻碍霜晶的形成。本发明利用较小功率的超声波即可驱动去除较大尺度范围的冷凝液滴，可持续去除液滴，工作稳定，高效节能。

技术领域

本发明属于抑霜技术领域，涉及一种脉冲超声波去除疏水表面液滴的抑霜装置及方法。

背景技术

在低温工业领域中，霜冻沉积是众所周知的不良现象，当潮湿的空气接触到温度低于空气露点和水冰点的冷表面时就会在上面形成霜。由于空气压降的增加和热效率的降低，沉积在换热器冷表面上的霜不可避免地会降低制冷机组的性能。此外，飞机机翼上的霜冻可能会导致严重的安全问题。因此，需要开发一种有效的方法来防止霜冻的成核和生长。

目前最常用的是电加热器，电加热器工作过程中利用其他部分回收的热量以及定期关闭系统以进行主动或被动除霜。显然，这些方法都消耗能量，并且总是伴随着整体效率的降低。在所有情况下，都应尽可能延迟或避免冰晶成核以及表面上霜层的后续生长和致密化。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种脉冲超声波去除疏水表面液滴的抑霜装置及方法，对结霜初期的冷凝液滴进行定向快速的去除，在最小能耗的基础上阻碍霜晶的形成，去除液滴效果显著，不影响制冷系统工作效率，可持续去除液滴。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种脉冲超声波去除疏水表面液滴的抑霜装置，包括超声波发生器，以及与超声波发生器相连的超声波换能器，超声波换能器通过变幅杆连接疏水面板，超声波发生器生成高频交流电信号发送给超声波换能器，超声波换能器将高频交流电信号转变为超声机械振动信号，通过变幅杆将超声波换能器将输出端机械振动的质点位移或者速度放大，并将机械振动传至疏水面板的表面；疏水表面的减阻作用与超声波的机械振动效应进行耦合作用，实现疏水面板工作表面冷凝液滴的去除，在最小能耗的基础上阻碍霜晶的形成。

作为一种优选方案，所述的疏水面板为圆盘铝板。

作为一种优选方案，传至疏水面板表面的机械振动的振幅能够克服阻止冷凝液滴接触线运动的能垒。

作为一种优选方案，传至疏水面板表面的机械振动使疏水面板内质点交替振动，质点相继在各自的平衡位置附近往复运动，冷凝液滴内各微元体离开平衡位置进行铺展变形，同时伴随透明性丧失；

冷凝液滴的直径铺展率按下式计算：

作为一种优选方案，冷凝液滴在铺展过程中，三相线处的表面张力与超声波驱动力达到平衡，表达式如下：

γ_LG(cosθ-cosθ_i)＝F                     (1)

式中γ_LG为液-气表面张力，θ和θ_i分别为瞬时接触角和初始接触角，F为超声波驱动力；

在三相线附近产生一个可传递动量的有限薄边界层，边界层厚度按下式计算：

式中μ为粘度，ρ为液体密度，ω为振动角频率；

超声波驱动力按下式计算：

式中U和R分别为铝板振动振幅和液滴接触半径；