一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统

本发明涉及一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统。

背景技术：

1、飞机结冰问题几乎早在现代飞行开始时就被认识到，人们首先发现并研究的是过冷水的结冰，该结冰现象可能发生在不同的飞机部件表面或内部。然而，自20世纪90年代以来，在海拔高于6.7km的过冷水滴很难存在的高度，依然出现了许多发动机推力损失事故，这些事故主要是由于发动机吸入冰晶后的黏附冻结引起的。冰晶被吸入发动机后，与流道内的热气流进行换热，融化成冰水混合物或者冰晶和液滴的混合相，发生撞击后黏附在表面。黏附积冰会导致发动机性能下降、发动机部件损坏，甚至于引起发动机在高空喘振、停机熄火等严重危害。

2、冰晶撞击、黏附和积冰等现象与冰晶融化率、温度密切相关，所以获得冰晶相变阶段融化率、温度等特性，是揭示发动机内冰晶结冰机理的基础与前提，对准确预测冰晶结冰和防除冰具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，可以用来研究不同粒径冰晶的冻结生成和融化过程中温度和融化率的测量。

2、为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特殊之处在于：

3、包括微小冰晶悬浮冻结装置、冰晶融化装置以及冰晶融化率测量装置；

4、所述微小冰晶悬浮冻结装置用于生成悬浮于空中并不与壁面直接接触微小冰晶粒子，所述冰晶融化装置用于控制温度并使冰晶在一定条件下逐渐融化，所述冰晶融化率测量装置用于获取冰晶在温度变化过程中的融化图像，并计算得到冰晶融化率；

5、所述微小冰晶悬浮冻结装置包括冷水机、冰晶悬浮冻结组件、温度控制器、温度传感器、直流可调电源；

6、所述冰晶悬浮冻结组件包括箱体以及由下向上依次设置的冻结装置底座、硅胶垫、微通道水冷换热器、海绵层、二阶制冷片、上盖板、导冷片，所述箱体包括箱体本体和抽屉式悬浮支架，所述箱体本体的上端和下端开口，导冷片从箱体本体的下端开口伸入箱体本体内，所述箱体本体相对的两个侧壁下部开设通孔，所述抽屉式悬浮支架穿过通孔，并可以在通孔内水平移动，所述抽屉式悬浮支架包括一板状结构，板状结构上开设两个贯穿的矩形孔，其中一个矩形孔内布置银丝，银丝中部弯折出不同直径的圆形的银环，所述冻结装置底座中部开槽，冷水机的进水管和出水管分别进入槽内后再与微通道水冷换热器的进水孔和出水孔连接，冷水机的进水管上设有过滤器；上盖板和冻结装置底座通过螺栓固定，用于固定硅胶垫、微通道水冷换热器、海绵层、二阶制冷片；

7、温度控制器用于控制二阶制冷片工作，直流可调电源与温度控制器相连，温度传感器用于获取二阶制冷片的温度。

8、在一些实施例中，所述冰晶融化装置包括水冷换热器、恒温循环水浴、过滤器、保温管；

9、所述水冷换热器设置在箱体外部的侧壁上，恒温循环水浴通过保温管与水冷换热器相连，所述水冷换热器的出水口连接的保温管上设有过滤器。

10、在一些实施例中，所述冰晶融化率测量装置包括图像采集系统、冷光源、极细热电偶、数据采集系统和计算机。

11、所述极细热电偶插入银环上的液滴内部获得融化过程温度数据，所述冷光源用于对箱体内部提供照明，图像采集系统设置在箱体上方，用于获取冰晶融化过程图像，数据采集系统采集箱体壁面温度、二阶制冷片温度、极细热电偶测得的温度数据和显微镜获取冰晶融化过程图像，计算机根据数据采集系统采集的数据来计算冰晶融化率。

12、在一些实施例中，所述箱体侧面开设小孔，通过小孔可向箱体内通入热气流，用于制造冰晶融化条件。

13、在一些实施例中，所述导冷片包括紫铜u型板，紫铜u型板的底部与二阶制冷片的冷面连接，紫铜u型板的两翼设有锯齿状肋片，紫铜u型板两翼之间的内壁设有多个槽道。

14、在一些实施例中，所述微通道水冷换热器的上部设有凸台结构，能更加紧密的与二阶制冷片热面相贴合散热，同时接触面使用高性能导热硅脂均匀涂覆以降低接触热阻。

15、在一些实施例中，所述海绵层包裹在二阶制冷片的外围，用于降低冷面与热面之间的传热；导冷片使用高性能导热硅脂与制冷片冷端相贴合。

16、在一些实施例中，所述银丝的两端分别固定在抽屉式悬浮支架中矩形孔的边缘，银环位于矩形孔中部。

17、在一些实施例中，所述图像采集系统包括显微镜和ccd相机。

18、在一些实施例中，还包括微样进量器，所述微样进量器用于给银环注入液滴。

19、与现有技术相比，本发明的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统至少具有下列有益效果：

20、1)本发明的微小冰晶悬浮冻结装置可以实现不同粒径冰晶的悬浮冻结生成，可重复性高；

21、2)本发明的微小冰晶悬浮冻结装置在进行冰晶的冻结融化过程时粒子位置稳定，不会出现振动，可以防止冰晶表面结霜现象，易于对冰晶粒子冻结融化形态的观察和测量；

22、3)本发明提供的测量系统是一种可视化的实验装置，可以实现微小冰晶冻结融化过程中温度测量、融化率测量；

23、4)本发明可以实现如恒定壁面温度、恒定热气流、变化气流等多种环境下冰晶的融化实验和测量。

24、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

5.根据权利要求1-4任一所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

9.根据权利要求3所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，包括微小冰晶悬浮冻结装置、冰晶融化装置以及冰晶融化率测量装置；所述微小冰晶悬浮冻结装置用于生成悬浮于空中并不与壁面直接接触微小冰晶粒子，所述冰晶融化装置用于控制温度并使冰晶在一定条件下逐渐融化，所述冰晶融化率测量装置用于获取冰晶在温度变化过程中的融化图像，并计算得到冰晶融化率；所述微小冰晶悬浮冻结装置包括冷水机、冰晶悬浮冻结组件、温度控制器、温度传感器、直流可调电源。本发明提供一种微小冰晶冻结融化过程温度、融化率测量系统，可以用来研究不同粒径冰晶的冻结生成和融化过程中温度和融化率的测量。

技术研发人员：刘秀芳,钟富豪,苗庆硕,陈佳军,郑勉,李亚楠,魏震,侯予
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15