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环境因素对冰附着力的影响研究

环境因素对冰附着力的影响研究

作者：刘祯上海交通大学

学位级别：硕士

结冰问题是事关飞机飞行安全的重大问题,而防冰材料是一种很有潜力的防除冰方法,冰附着力的研究对防冰材料的开发有着重要的意义。同时,对飞机上未防护表面的结冰脱落的预测需要准确地分析其融冰和脱冰特性,这需求研究冰附着力随温度的... 详细信息

结冰问题是事关飞机飞行安全的重大问题,而防冰材料是一种很有潜力的防除冰方法,冰附着力的研究对防冰材料的开发有着重要的意义。同时,对飞机上未防护表面的结冰脱落的预测需要准确地分析其融冰和脱冰特性,这需求研究冰附着力随温度的变化规律。目前冰附着力的研究主要包含冰附着力的机理,冰附着力的影响因素两方面。已有的针对基底因素进行的研究尚不足以探明冰附着力的机理以及变化规律,而环境因素对冰附着力的影响已经成为冰附着力研究的关键问题。本文设计实验研究了不同环境条件下冰附着力的变化规律,并观察其成冰过程和结果,探寻其机理。研究过程为:通过冰附着力测量实验研究了静态结冰以及动态结冰条件(不同粒径、水含量)下冰附着力随温度变化的规律,并观察成冰过程和结果。结合冰附着力相关理论,对环境因素影响冰附着力的规律及原理进行了探讨。本文在研究静态结冰和动态结冰的差异性时发现,相对于静态结冰,动态结冰的冰附着力随温度的变化曲线存在一个临界温度。在临界温度以上,冰附着力随温度的降低而增加,成冰方式对冰附着力影响不大;在临界温度以下,动态结冰所成冰的冰附着力相对于静态结冰明显要小,同时所成冰从明冰向混合冰或者霜冰转变。而且冰附着力随温度的变化规律的机理在于冰的形态的转变导致的冰与基底的接触点的变化。在研究环境因素对动态结冰的冰附着力的影响时发现,水雾平均粒径不同,临界温度随之变化,动态结冰的冰附着力随温度的变化规律也随之变化。

关键词：冰附着力动态结冰静态结冰粒径水含量

铝合金表面静态结冰过程中切向冰附着力的变化

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武汉理工大学学报 2019年第1期41卷 98-104页

作者：陈功孔维梁王福新上海交通大学航空航天学院上海200240 泛亚汽车技术中心有限公司上海201201

液态水在金属表面冻结后,两者接触面上会产生切向附着力。尽管目前针对该种附着力的研究不少,但其关于"典型条件下所产生附着力大小"及"附着力在不同环境温度下的变化规律"等问题尚未形成明确的结论。通过试验对6061铝合金表面结冰后所... 详细信息

液态水在金属表面冻结后,两者接触面上会产生切向附着力。尽管目前针对该种附着力的研究不少,但其关于"典型条件下所产生附着力大小"及"附着力在不同环境温度下的变化规律"等问题尚未形成明确的结论。通过试验对6061铝合金表面结冰后所产生的附着力进行了测算。结果表明:在单次结冰过程中,附着力在时域上的变化曲线具有单调递增性,但其增长率却随时间推移而减小;当时间足够长时,附着力有收敛的趋势。另外,根据对环境温度分别为-5℃、-10℃、-20℃条件下附着力变化曲线的研究发现,环境温度越低,附着力形成的速度越快,达到收敛状态所需的时间也越短。该试验结果还表明,不同环境温度引起的附着力大小差异在短时间内较为显著,而当经历的时间足够长时,不同环境温度下所形成的附着力差异较小。

关键词：冰附着力环境温度切向力测量分子间作用力

PFOTES对水泥基材料防覆冰性能的影响及机理

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建筑材料学报 2023年第9期26卷 963-969,979页

作者：陈楚欣刘斯凤同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 同济大学材料科学与工程学院上海201804 同济大学工程结构服役性能演化与控制教育部重点实验室上海201804

研究了十三氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)对水泥基材料工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响,并通过热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)和X射线衍射(XRD)探究了水泥水化产物的化学组成及物相组成.结果表明:掺入PFOTES能延长水泥净浆的凝结时... 详细信息

研究了十三氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)对水泥基材料工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响,并通过热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)和X射线衍射(XRD)探究了水泥水化产物的化学组成及物相组成.结果表明:掺入PFOTES能延长水泥净浆的凝结时间;低PFOTES掺量对减小冰附着力与增大接触角的效果较为明显,随着PFOTES掺量的进一步提升,冰附着力与接触角都基本保持不变;掺入PFOTES后,改性砂浆的吸水率减小、抗压强度降低、孔隙率增大;微观测试证明,PFOTES可以延缓水泥水化,但并未生成新的水化产物.

关键词：硅酸盐水泥十三氟辛基三乙氧基硅烷防覆冰性能冰附着力

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基于冷库环境下的涡扇发动机叶片冰脱落试验

北京航空航天大学学报 2018年第10期44卷 2106-2114页

作者：陈功杨坤王利平孔维梁王福新上海交通大学航空航天学院上海200240 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200240

发动机结冰脱落现象因其随机性和复杂性很难通过计算仿真获得可靠的结果,而冰风洞试验又因其高昂的使用成本限制了该方法的普及。为此建立了一个兼顾可行性及经济性,同时具有一定可靠性的试验方法,即借助冷库环境并利用斜流风机、喷雾... 详细信息

发动机结冰脱落现象因其随机性和复杂性很难通过计算仿真获得可靠的结果,而冰风洞试验又因其高昂的使用成本限制了该方法的普及。为此建立了一个兼顾可行性及经济性,同时具有一定可靠性的试验方法,即借助冷库环境并利用斜流风机、喷雾耙、温度调节系统等模拟飞行过程中可能面临的结冰环境;以某型号民用飞机涡扇发动机缩比带动力模型为对象,研究不同工况下叶片结冰及冰脱落的特性和规律。在正式试验之前,通过热线风速仪、喷雾激光粒度仪、标准冰刀和金属格栅分别对来流速度、流场中液态水含量、水滴的平均粒径进行了标定。为克服云雾循环/聚集的问题,开发了云雾吸附系统,便于在封闭的冷库环境中维持流场的稳定性。试验结果表明:当转速为2 400 r/min不变时,随着环境温度的降低,冰脱落所需的时间及剩余冰的特征长度均先减小后增大,其拐点出现在-3.5～-5℃的区间内;当环境温度为-7℃不变时,叶片绕转轴的转速越大,冰脱落所需的时间及剩余冰的特征长度均单调减小。

关键词：冷库环境冰附着力风洞试验冰脱落特性涡扇发动机

极地环境下船舶表面动态结冰黏附强度的实验研究

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工程热物理学报 2023年第10期44卷 2793-2797页

作者：王佳琪黄昱翔高波孟令通葛坤靳海川哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100000

本文基于结冰风洞模拟极地环境,利用切向结冰黏附强度测试系统,通过拉伸实验研究了极地温度环境条件下冻结时间、结冰接触面积等因素对结冰黏附强度特性的影响规律。结果表明,动态结冰的切向结冰黏附强度随冻结时间延长而增强,相较于静... 详细信息

本文基于结冰风洞模拟极地环境,利用切向结冰黏附强度测试系统,通过拉伸实验研究了极地温度环境条件下冻结时间、结冰接触面积等因素对结冰黏附强度特性的影响规律。结果表明,动态结冰的切向结冰黏附强度随冻结时间延长而增强,相较于静态结冰,动态结冰可在更短时间内在界面处产生黏附强度;动态结冰的切向结冰黏附强度随环境温度降低而增强,但在到达临界区间后逐渐减弱;动态结冰的切向结冰黏附强度随结冰接触面积增加呈线性下降趋势。

关键词：极地环境船舶表面结冰风洞结冰黏附强度冰附着力

PFOTES对水泥基材料防覆冰性能及机理研究

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建筑材料学报 2023年

作者：陈楚欣刘斯凤同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室同济大学材料科学与工程学院同济大学工程结构服役性能演化与控制教育部重点实验室

本文主要研究十三氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）对水泥基材料的工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响，并通过TG-DSC、XRD探究水泥水化产物的化学及物相的组成。结果表明：掺入PFOTES能延长水泥浆体的凝结时间；低掺量时减小冰附着力... 详细信息

本文主要研究十三氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）对水泥基材料的工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响，并通过TG-DSC、XRD探究水泥水化产物的化学及物相的组成。结果表明：掺入PFOTES能延长水泥浆体的凝结时间；低掺量时减小冰附着力与增大接触角的效果较为明显，随掺量的进一步提升，冰附着力与接触角都基本保持不变；掺入PFOTES后，改性砂浆的吸水率减小、抗压强度降低、孔隙率增大；通过微观测试证明了PFOTES可以延缓水泥水化，但并未生成新的水化产物。

关键词：硅酸盐水泥 PFOTES 防覆冰性能冰附着力

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超疏水材料防冰研究进展

化工新型材料 2019年第11期47卷 1-5页

作者：彭华乔李林夏祖西苏正良中国民航局第二研究所

在结冰条件下,除去飞机表面的冰、霜、雪等污染物,是确保航空安全的基础。传统方法存在能耗大、效率低、环境污染等问题,其应用受到一定的限制。启示于自然界"荷叶效应"的超疏水材料具有微纳米结构和低表面能特性,其在飞机除防冰领域有... 详细信息

在结冰条件下,除去飞机表面的冰、霜、雪等污染物,是确保航空安全的基础。传统方法存在能耗大、效率低、环境污染等问题,其应用受到一定的限制。启示于自然界"荷叶效应"的超疏水材料具有微纳米结构和低表面能特性,其在飞机除防冰领域有着广阔的应用前景。综述了超疏水材料防冰研究进展,包括表面疏水、减小冰附着力和提升防冰时间等。超疏水材料要在飞机上应用,除了要构建特殊的微纳米结构和低表面能特性外,还要满足飞机涂料的适航性。

关键词：飞机超疏水防冰冰附着力