结霜是自然界中的常见现象,通常伴随着复杂的传热和传质过程。然而,在低温设备和制冷系统中,霜冻导致换热效率低且极易引起各种安全隐患,物理场抑制霜冻逐渐成为研究热点。
华北理工大学冶金与能源学院研究团队在工程技术领域期刊Experimental Thermal and Fluid Science在线发表了题为“Experimental investigation of the effect of stable magnetic field on droplet freezing”的文章,探究不同磁场环境下液滴在冻结过程中的凝结、霜晶的形成及液滴内部温度的变化。
研究发现,在0、150、200、250、300、350和400 mT磁场环境下,液滴接触角无显著差异,表明液滴湿润状态对不同磁场下液滴冻结时间无显著影响。磁场环境下液滴冻结过程中初始冻结时间延长,与对照相比,250 mT下冻结初始时间延长191.3%,完全冻结时间增加132.0%。磁场环境下,液滴过冷温度降低,初始霜晶出现时间延长,初始成核温度变低,过冷阶段温度下降。然而,磁场抑制冻结的作用不会随着磁场强度的增加而增加,达到临界阈值时,成核温度和过冷温度及成核速率增加,促进冻结。此外,随着冷表面温度的降低,磁场抑制冻结的能力减弱,且连续冻结时间缩短,但缩短的时间不会随冷表面温度的降低而发生明显变化。液滴体积也会影响冷冻过程,初始冻结时间随液体体积增加而缩短,连续冻结时间和过冷温度则随液体体积增加而增大,而这些结果与磁场对水分子团簇中成核过程及氢键的影响有关。磁场对液滴冷冻的研究为磁场技术在冻藏领域的应用提供了理论指导。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2023.111060