وبلاگ

هنگامی که هوای مرطوب نزدیک سطح سرد به دمای زیر دمای انجماد آب برسد برفک تشکیل می­ شود. وجود برفک کم و بیش مشکلاتی را ایجاد می­ کند. از جمله در مبدل­های هوایی گرچه عملکرد حرارتی مبدل در مراحل اولیه­ی تشکیل برفک به دلیل افزایش سطح انتقال حرارت به میزان کمی افزایش می­یابد ولی با گذشت زمان نه تنها این مشخصه از بین می­رود، بلکه برفک به عنوان یک عایق حرارتی بین سطح سرد و جریان آزاد هوا عمل می­ کند و مشخصه­های انتقال حرارت را به شدت کاهش می­دهد.
تشکیل برفک در وسیله­های حمل و نقل نیز اثرهای قابل توجهی دارد. تشکیل برفک بر روی بالهای هواپیما (در شب به دلیل تشعشع سطح هواپیما با آسمان، دمای سطح هواپیما از هوای اطراف کمتر      می­ شود) وضعیت آیرودینامیکی آن را تغییر داده و اثر نامطلوبی بر حرکت هواپیما دارد.
این معضل در صنعت حمل و نقل ریلی نیز وجود دارد که با یخ زدگی سوپاپ­های ترمز سبب بروز مشکل در کنترل قطار می­ شود.­
تشکیل برفک در یخچال­ها سبب کاهش کارآیی یخچال­ها می­ شود.
به جز این در یک سیستم با جریان هوای فوق اشباع نیز این پدیده دیده می­ شود. جریان هوای فوق اشباع در موقعی که رطوبت هوا زیاد و دمای محیط نسبتا کم باشد اتفاق می­افتد. در یخچال­های صنعتی، به دلیل حرکت هوای سرد و گرم در نزدیکی درها، و مخلوط شدن هوای گرم مرطوب با هوای سرد خشک درون یخچال می­توان انتظار تشکیل هوای فوق اشباع را داشت. هنگامی که حالت فوق اشباع در هوایی که دمای آن بالای دمای انجماد آب باشد، رطوبت موجود در هوا به صورت قطرات ریز آب در جریان هوا تبدیل می­ شود (حالت مه) و اگر دمای هوا زیر دمای انجماد باشد، “مه یخ زده ” تشکیل می­گردد.
در این پروژه، در فصل اول به مروری بر کارهای گذشته پرداخته می­ شود. در فصل دوم به معرفی مشخصات دستگاه آزمایش موجود و روش انجام آزمایش پرداخته می­ شود. در فصل سوم، داده ­های آزمایشگاهی در جریان طبیعی هوای مرطوب مورد بررسی قرار گرفته است

 و در فصل چهارم، داده ­های آزمایشگاهی در جریان اجباری هوای مرطوب و مقایسه آن با داده ­های آزمایشگاهی در جریان طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است و در فصل پنجم، بررسی تجربی رشد لایه­ی برفک و نتیجه­های حاصل از این پروژه که در آزمایشگاه سیستم­های انرژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر صورت گرفته­است ارائه می­ شود و درستی داده ­های حاصل از حل عددی- تحلیلی مورد بررسی قرار می­گیرد. در نهایت نتیجه ­گیری کلی و پیشنهادهایی برای کارهای اینده ارائه شده است.

1-1- روش­های بررسی پدیده­ تشکیل برفک
شناخت از نحوه­ تشکیل، مکانیزم رشد و نیز عامل­های موثر بر برفک می ­تواند به روش­های مقابله با برفک و طراحی سیستم­های برفک­زدا کمک شایانی کند. بدین منظور کارهای زیادی برای مدل کردن رفتار برفک انجام شده است که به طور کلی کارهای انجام شده در این زمینه را  می­توان به سه دسته کلی تقسیم نمود که در زیر به آنها اشاره می­ شود:
1-1-1- مطالعه مرحله­ جوانه­زنی برفک بر روی سطح­های مختلف
کارهای اولیه در این زمینه توسط فلچر[2] ]1[ انجام شد. وی مرحله­های تشکیل برفک را به دو مرحله جوانه­زنی و رشد کریستالی برفک تقسیم کرد.
پروسه­ی جوانه­زنی نیازمند آن است که جوانه­ها بر  انرژی گیپس تغییر فاز غلبه کنند و این زمانی رخ می­دهد که جزء بخار در حالت فوق اشباع باشد. ساندرز[3] ]2 [تحقیق­های خود را بر روی علت عدم یکنواختی تشکیل برفک روی سطح متمرکز کرد و بیان نمود که ناهماهنگی انرژی سطح، بر تشکیل اولیه­ی برفک اثر گذار است.
با مطرح شدن فوق اشباع بودن بخار روی سطح سرد به هنگام شکل­ گیری برفک درجه­ فوق اشباعی توسط هراجی و باربر[4] ]3[ تعریف شد. سنگوپتا و شریف[5] ]4[ پدیده­ جوانه­زنی را روی استوانه در جریان هوا بررسی کردند. نا و وب[6] ]5[ فوق اشباع بودن هوا در سطح سرد را هنگام جوانه­زنی ثابت کرده ­اند. تحقیق­های آنها نشان داد که سطح­های با انرژی کمتر نسبت به سطح­های با انرژی بالاتر، به درجه فوق اشباع بالاتری نیاز دارند و نیز نشان دادند زبری سطح درجه فوق اشباع لازم برای تشکیل جوانه­ها را کاهش می­دهد. با اثبات فوق اشباع بودن بخار آب در سطح برفک، پیش ­بینی دقیق­تری از خاصیت­های برفک    می ­تواند انجام شود. اثر ارتعاش در تشکیل برفک و مرحله جوانه­زنی روی صفحه­ی سرد در جریان هوا توسط چنگ و همکارانش[7] ]6 و 7[ بررسی شد.