一种水滴结冰可视化实验装置制造方法及图纸

本申请涉及水滴结冰及防冰技术领域，特别是涉及一种水滴结冰可视化实验装置。目前水滴悬浮同相结冰的观测也受结霜、温度限制而无法开展。本申请提供了一种水滴结冰可视化实验装置，包括舱门，所述舱门与壳体连接，所述壳体内设置有温度调节组件，所述壳体内设置有悬浮液滴发生组件和液滴发生器，所述液滴发生器与所述悬浮液滴发生组件配合使用；所述舱门上设置有观察窗，所述观察窗与抽真空组件连接，所述舱门与所述壳体能够密封连接。可实现水滴在不同温度的氮气环境中的悬浮冻结过程观测，可改变水滴尺寸、水滴悬浮位置及冷腔内部温度，通过实验获得水滴悬浮结冰过程。过实验获得水滴悬浮结冰过程。过实验获得水滴悬浮结冰过程。

A visual experimental device for water droplet icing

【技术实现步骤摘要】
一种水滴结冰可视化实验装置


[0001]本申请涉及水滴结冰及防冰
，特别是涉及一种水滴结冰可视化实验装置。

技术介绍

[0002]在自然界中，结冰现象普遍存在，并影响着生活的许多方面。针对飞机、植物和人造建筑物的防冰目标，以及控制工业中的冻结和固化过程，迫切需要解开与这些现象有关的物理机制。特别是，冲击液滴的冷冻模式对许多工业过程至关重要，例如除冰所需的能量、热喷涂涂层的质量以及用于生产奶粉、制药蛋白质和流感疫苗的喷雾冷冻干燥。对于水滴在冷表面上的结冰，现有的实验平台已经可以实现其数据收集及后处理。
[0003]水滴的结冰主要分为两种，一种是水滴冲击冷表面或静置于冷表面的异相结冰，由于水滴与不同基底的接触，导致水滴温度降低，达到过冷态后会形成冰，异相结冰过程中，液
‑
固转变温度往往为0摄氏度；另一种为同相结冰，指水滴不接触任何基底，悬浮在空中或水的容积很大时，仅依靠对流引起水滴结冰，由于其扰动小，导致水滴内部缺少凝结核，此种结冰方式的液
‑
固转变温度往往低于异相结冰的转变温度。
[0004]自然界中存在低于0℃仍为液态的过冷水，由于水中缺少凝结核或其它原因，在0℃以下还保持着液态，过冷液体是不稳定的，只要投入少许该物质的晶体，便能诱发结晶，并使过冷水的温度回升到凝固点。这种在微小扰动下就会很快转变的不稳定状态称为亚稳态。当用适当的方式缓慢冷却饱和水时，可使其变成过饱和而不析出溶质的结晶，这种现象也称为过冷，这种溶液称为过冷溶液。过冷水也是不稳定的。当温度低到冰点之下时，若水中没有一个结晶核来结晶，那么即使在0℃之下也不会结冰。如果这个时候放入一点晶核，那么会立即凝结。
[0005]目前，针对水滴同相结冰的实验装置和方法依旧不明确，同相结冰过程中的水滴内部结构和结冰机理仍不清晰。水滴悬浮同相结冰的观测也受结霜、温度限制而无法开展。

技术实现思路

[0006]1.要解决的技术问题
[0007]基于目前，针对水滴同相结冰的实验装置和方法依旧不明确，同相结冰过程中的水滴内部结构和结冰机理仍不清晰。水滴悬浮同相结冰的观测也受结霜、温度限制而无法开展。本申请提供了一种水滴结冰可视化实验装置。
[0008]2.技术方案
[0009]为了达到上述的目的，本申请提供了一种水滴结冰可视化实验装置，包括舱门，所述舱门与壳体连接，所述壳体内设置有温度调节组件，所述壳体内设置有悬浮液滴发生组件和液滴发生器，所述液滴发生器与所述悬浮液滴发生组件配合使用；所述舱门上设置有观察窗，所述观察窗与抽真空组件连接，所述舱门与所述壳体能够密封连接。
[0010]本申请提供的另一种实施方式为：所述壳体包括外壳和内胆，所述内胆与所述外
壳连接，所述温度调节组件设置于所述内胆内，所述舱门通过密封垫圈与所述内胆连接。
[0011]本申请提供的另一种实施方式为：所述内胆与除霜组件连接，所述除霜组件包括抽真空管道，所述抽真空管道与所述内胆贯通，所述抽真空管道与真空泵或者分子泵连接。
[0012]本申请提供的另一种实施方式为：所述温度调节组件包括冷板，所述冷板与制冷剂管连接，所述制冷剂管与制冷机连接。
[0013]本申请提供的另一种实施方式为：所述观察窗为有机玻璃观察窗，所述有机玻璃观察窗通过法兰与所述舱门连接；所述抽真空组件包括抽真空管，所述抽真空管设置于所述舱门内，所述抽真空管与真空泵或者分子泵连接。
[0014]本申请提供的另一种实施方式为：所述舱门内设置有发泡材料层，所述外壳与所述内胆之间设置有发泡材料层。
[0015]本申请提供的另一种实施方式为：所述舱门通过活页和舱门搭扣与所述内胆连接。
[0016]本申请提供的另一种实施方式为：所述悬浮液滴发生组件包括悬浮架，所述悬浮架与升降台连接，所述悬浮架内设置有若干超声波发生器，所述超声波发生器呈圆形均匀排列。
[0017]本申请提供的另一种实施方式为：所述液滴发生器液滴生成组件，所述液滴生成组件与支架连接，所述液滴生成组件包括保温外壳，所述保温外壳内设置有依次连接的针头、针泵和供液软管，所述供液软管与供液管道连接，所述针头、推杆和电机依次连接。
[0018]本申请还提供一种所述的水滴结冰可视化实验装置的应用，所述水滴结冰可视化实验装置用于探究水滴结冰的条件及结冰过程。
[0019]通过制冷剂将冷腔内胆温度降低至零下80摄氏度，水滴发生装置将水滴生成，与超声波悬浮架内在环境温度的冷却下实现悬浮冻结这一物理过程。同时防止结霜，本申请包含除霜系统，利用真空泵和分子泵将内部空气排出，通氮气以保证超声波发生器正常运行。此外，本水滴结冰可视化实验装置冷腔及舱门周围灌有发泡材料，尽可能减少冷量散失。本申请建立平台，通过观察悬浮水滴在冷环境内的结冰过程和状态，有利于填补水滴同相结冰理论的空缺，为水滴同相结冰数学模型的建立与完善提供指导意义。
[0020]3.有益效果
[0021]与现有技术相比，本申请提供的水滴结冰可视化实验装置的有益效果在于：
[0022]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置，可以对不同尺寸的悬浮水滴在不同温度的环境中的结冰过程进行观测，得到水滴结冰过程的一系列内部结构。
[0023]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置，通过外接制冷机的方式对冷腔内部的温度进行调控，最低可达零下80摄氏度。
[0024]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置，通过真空泵和分子泵配合，同时抽真空后通氮气，保证了冷腔内部基本不含水蒸气，有效的抑制了冷腔内部的结霜，最大程度的保护了超声波悬浮器不受损坏。
[0025]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置的应用，探究水滴在较低温度的氮气环境中悬浮结冰的结构变化。
[0026]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置的应用，可模拟高空中过冷水滴的结冰情况，一方面，水滴在悬浮状态达到过冷态后结冰的形状及内部结构相关数据可以获取，另一
方面，对实验装置进行除霜、绝热处理，能有效保护冷腔内部温度较低，有利于实验的进行和结冰过程的观测。
[0027]本申请提供的水滴结冰可视化实验装置的应用，可实现水滴在不同温度的氮气环境中的悬浮冻结过程观测，可改变水滴尺寸、水滴悬浮位置及冷腔内部温度，通过实验获得水滴悬浮结冰过程。
附图说明
[0028]图1是本申请的水滴结冰可视化实验装置整体结构示意图；
[0029]图2是本申请的内胆结构示意图；
[0030]图3是本申请的内胆结构平面示意图；
[0031]图4是本申请的悬浮液滴发生组件结构示意图；
[0032]图5是本申请的升降台结构示意图；
[0033]图6是本申请的舱门结构示意图；
[0034]图7是本申请的舱门搭扣结构示意图；
[0035]图8是本申请的液滴发生器结构示意图。
具体实施方式
[0036]在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水滴结冰可视化实验装置，其特征在于：包括舱门，所述舱门与壳体连接，所述壳体内设置有温度调节组件，所述壳体内设置有悬浮液滴发生组件和液滴发生器，所述液滴发生器与所述悬浮液滴发生组件配合使用；所述舱门上设置有观察窗，所述观察窗与抽真空组件连接，所述舱门与所述壳体能够密封连接。2.如权利要求1所述的水滴结冰可视化实验装置，其特征在于：所述壳体包括外壳和内胆，所述内胆与所述外壳连接，所述温度调节组件设置于所述内胆内，所述舱门通过密封垫圈与所述内胆连接。3.如权利要求2所述的水滴结冰可视化实验装置，其特征在于：所述内胆与除霜组件连接，所述除霜组件包括抽真空管道，所述抽真空管道与所述内胆贯通，所述抽真空管道与真空泵或者分子泵连接。4.如权利要求2所述的水滴结冰可视化实验装置，其特征在于：所述温度调节组件包括冷板，所述冷板与制冷剂管连接，所述制冷剂管与制冷机连接。5.如权利要求1所述的水滴结冰可视化实验装置，其特征在于：所述观...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟昕，杨松，侯予，尚宇恒，宋书建，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：