干冰清洗對(duì)金屬、塑膠無(wú)損壞。
為了實(shí)現(xiàn)有效的金屬清潔，干冰顆粒在超音速氣流中噴射到軌頭（圖 1））。這些顆粒具有立竿見(jiàn)影的清潔效果，去除可能導(dǎo)致低粘附力的污染物，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)清潔前后擦拭評(píng)估的高度清潔的軌頭。清潔通過(guò)三種不同的機(jī)制進(jìn)行，如下所示。
表面冷卻：干 冰粒的溫度為-78°C，會(huì)使鋼軌頭上的任何表面污染物變脆，然后這些污染物會(huì)收縮或破裂，從而破壞它們與金屬表面之間的粘合力。
動(dòng)能：顆粒和空氣的能量有助于去除污染物。如果表面冷卻削弱了污染物與鋼軌表面之間的粘合力，則通過(guò)沖擊去除污染物的效果會(huì)增強(qiáng)。升華：當(dāng)干冰 顆粒撞擊表面時(shí)，它們從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，相關(guān)體積增加約 800 倍。這會(huì)產(chǎn)生高速氣流，穿透污染物和金屬表面之間的界面，破壞粘合劑。
由于干冰從固體升華為 氣體，處理過(guò)的表面保持干燥和清潔，沒(méi)有清潔劑或噴砂材料的殘留。由于該過(guò)程完全干燥且不導(dǎo)電，因此在其他方法不適合的情況下可以使用干冰。由于顆粒硬度較低，可以輕松調(diào)整操作參數(shù)，以避免沖擊造成任何表面損壞。金屬的低溫暴露時(shí)間也是有限的，低溫不太可能對(duì)金屬造成損壞。文獻(xiàn)中報(bào)道了鋼和類(lèi)似合金的低溫處理，并且顯示出對(duì)材料質(zhì)量產(chǎn)生積極影響，盡管此類(lèi)處理通常使用溫度低得多的物質(zhì)液氮進(jìn)行（Manimaran 等人，2014年）。
謝菲爾德未發(fā)表的研究表明，在清潔所需的短時(shí)間內(nèi)，由于鋼軌的散熱能力很大，鋼軌頭部溫度在材料中幾微米以下不會(huì)受到太大影響。通過(guò) 2.5 秒的干冰噴射，從放置在導(dǎo)軌內(nèi)的熱電偶獲取的溫度數(shù)據(jù)范圍在 0 至 -12°C之間。RRV 以16公里/小時(shí)的速度進(jìn)行處理，金屬暴露在干冰噴射中約0.005 秒。因此，金屬表面的冷卻非常短暫，很可能不會(huì)超過(guò) -12°C。即使在噴砂 35 秒后，金屬頭也僅處于 -15°C。因此，可以安全地假設(shè)局部冷卻水平不足以造成損壞。與尋求直接加熱黑色層的技術(shù)相比，這是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹谏珜拥暮穸群蛯傩晕粗?，因此所需的熱輸入也是未知的?br />即使考慮到環(huán)境立法，未來(lái)幾年工業(yè)二氧化碳來(lái)源也不太可能減少。荷蘭環(huán)境評(píng)估局支持這一預(yù)測(cè)（PBL，2020）。報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2019年全球溫室氣體排放總量繼續(xù)以1.1%的速度增長(zhǎng)，達(dá)到52.4Gt二氧化碳當(dāng)量。盡管 1.1% 的增長(zhǎng)率僅為 2018 年的一半，但它是 2012 年以來(lái)年均增長(zhǎng)率 1.1% 的延續(xù)（Olivier等，2012）。因此，二氧化碳的回收和使用不會(huì)影響全球總體排放量。相反，它可以被視為一種有益的回收過(guò)程，可以將潛在的廢物進(jìn)行二次利用。
3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地及車(chē)輛
確定了英國(guó) QRTC 的測(cè)試環(huán)路進(jìn)行試驗(yàn)，并安排了 117 級(jí)列車(chē)車(chē)廂的使用。這是為了提供足夠的數(shù)據(jù)捕獲（參見(jiàn)第
材料和方法
首先，將粉末顆粒分散并沉積在試驗(yàn)板（76  ×  26 毫米；1毫米厚的透明玻璃）上，隨后進(jìn)行通過(guò)干冰噴射去除粉末顆粒的實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)注意，測(cè)試板上覆蓋有大量粉末顆粒，以便正確觀察去除過(guò)程。
顆粒去除效率
圖 3 顯示了干冰噴射過(guò)程中測(cè)試板上顆粒的顯微照片。當(dāng)噴射流量為1.4 g/s時(shí)，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后 大部分顆粒在表面停留約8 s，然后在0.2 s內(nèi)幾乎完全去除（圖3a）。當(dāng)流量為4.9 g/s時(shí)，20%的顆粒在前3 s內(nèi)被去除，其余顆粒在0.05 s內(nèi)被去除（圖3b）。這些顯微觀察表明顆粒開(kāi)始快速去除     
結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，我們研究了使用沖擊干冰射流去除附著在測(cè)試板上的細(xì)顆粒的過(guò)程。此外，通過(guò)對(duì)顆粒去除效率隨時(shí)間和干冰噴射溫度變化的函數(shù)進(jìn)行定量分析，分析了顆粒去除過(guò)程的關(guān)鍵因素。研究結(jié)論可概括如下：
(1)顆粒去除過(guò)程由兩個(gè)階段組成——緩慢去除階段和在這項(xiàng)研究中，我們研究了干冰噴射去除粘附在表面上的細(xì)顆粒的應(yīng)用，并檢查了去除過(guò)程。使用高速顯微鏡相機(jī)捕獲的圖像分析了去除效率、面積和頻率。此外，還測(cè)量了干冰噴射的溫度，以評(píng)估干冰顆粒及其對(duì)顆粒去除過(guò)程的影響。由于初級(jí)干冰顆粒及其附聚物的影響而導(dǎo)致的去除過(guò)程發(fā)生在對(duì)應(yīng)于緩慢和快速顆粒去除的兩個(gè)階段中。 當(dāng)在大約 − 70 °C的顆粒去除過(guò)程中團(tuán)聚體的影響占主導(dǎo)地位時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高去除效率。此外，我們還研究了射流流速對(duì)去除面積和頻率的影響，并提出了一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)來(lái)確定有效去除顆粒的最佳射流流速。 
圖形概要
下載：下載全尺寸圖像
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二氧化碳是最佳的軟物質(zhì)，因?yàn)樗梢栽跇O其清潔的條件下獲得，并且成本較低且毒性較小。此外，由于干冰最終會(huì)在室內(nèi)條件下升華，因此清潔后不會(huì)出現(xiàn)二次污染問(wèn)題。
通過(guò)采用焦耳-湯姆遜過(guò)程使液態(tài)二氧化碳膨脹可以產(chǎn)生含有干冰顆粒的射流。由于撞擊射流中停滯區(qū)域的氣動(dòng)阻力較弱，因此粘附在表面的顆粒不易被去除。然而，它們可以通過(guò)干冰顆粒的碰撞有效去除，從而提供足夠的動(dòng)量傳遞。干冰噴射，即氣態(tài)二氧化碳和干冰顆粒的氣固兩相射流的操作，在去除顆粒污染物和有機(jī)殘留物方面表現(xiàn)出良好的性能（Sherman [10]）。
Jackson和Carver [11]總結(jié)了干冰噴射的幾種可能的去除機(jī)制如下：（i）基于從干冰顆粒到污染物的動(dòng)量傳遞的動(dòng)力學(xué)分離，（ii）空氣動(dòng)力阻力分離，（iii）由干冰顆粒引起的化學(xué)分離殘留物溶解成液態(tài)二氧化碳，以及（iv）由污染物與帶電干冰顆粒結(jié)合的運(yùn)動(dòng)引起的靜電分離。通過(guò)考慮作用在粘附于表面的顆粒上的力的力矩，研究了動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力阻力分離（Kousaka 等人 [12]；Wang [13]；Tsai 等人 [14]；Matsusaka 和 Masuda [15] ]；Adhiwidjaja 等人[16]；Theerachaisupakij 等人[17]）。Toscano 和 Ahmadi [18] 通過(guò)引入力矩平衡模型（滾動(dòng)分離模型）和力平衡模型（滑動(dòng)分離模型）研究了干冰噴射中的顆粒去除機(jī)制。他們得出的結(jié)論是，沖擊滾動(dòng)去除所需的臨界去除速度遠(yuǎn)低于滑動(dòng)去除所需的臨界去除速度。然而，滑動(dòng)去除也可以有效去除不規(guī)則顆粒。
干冰顆粒的尺寸和形狀可以通過(guò)改變溫度和壓力等條件來(lái)控制。斯溫等人。在膨脹噴嘴的末端安裝了一個(gè)隔熱室來(lái)制備干冰顆粒的團(tuán)聚物。附聚顆?？捎糜诟杀鶉娚洌?yàn)樗鼈兩A的速度不如小顆粒那么快，而且較大的顆粒具有較大的動(dòng)能。通過(guò)分析噴射團(tuán)聚物的尺寸和粒子速度研究了干冰粒子的團(tuán)聚過(guò)程。團(tuán)聚過(guò)程受到干冰射流溫度的影響，因此，干冰射流溫度變化曲線的結(jié)果可用來(lái)解釋不同直徑顆粒去除效率的時(shí)間過(guò)程。此外，使用稀疏沉積在表面上的單一尺寸顆粒污染。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了干冰顆粒的形成及其團(tuán)聚過(guò)程。干冰顆粒是通過(guò)在室溫和壓力下膨脹液態(tài)二氧化碳而產(chǎn)生的，然后引入到充當(dāng)附聚室的附加管中。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)熱電偶測(cè)量射流和管壁的溫度，并通過(guò)帶有變焦鏡頭的高速攝像機(jī)觀察射流中的干冰顆粒。研究發(fā)現(xiàn)，射流中發(fā)生了兩個(gè)階段的溫度降低，對(duì)應(yīng)于團(tuán)聚過(guò)程。還發(fā)現(xiàn)，隨著管直徑的增加，附聚物的粒徑增加，顆粒速度降低。干冰顆粒的團(tuán)聚過(guò)程可以用顆粒沉積和再夾帶來(lái)解釋?zhuān)磶孜⒚椎母杀w粒沉積在管壁上，形成沉積層；然后，附聚物從該層被重新夾帶到射流中。
介紹
干冰噴射作為一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)技術(shù)，不僅可以應(yīng)用于半導(dǎo)體器件、汽車(chē)模具、食品加工設(shè)備等的表面清洗，還可以應(yīng)用于食品冷藏和藥品造粒。這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有含有升華顆粒的低溫氣固兩相流的特性。
干冰噴射應(yīng)用于表面清潔的概念最早于20世紀(jì)80年代提出[1]。在這項(xiàng)研究中，稱為干冰雪的細(xì)顆粒是通過(guò)膨脹液態(tài)二氧化碳產(chǎn)生的。由于干冰顆粒穿透邊界層，干冰??噴射可用于去除牢固粘附在表面上的細(xì)小污染物。與僅施加拖曳力去除污染物的空氣射流相比，干冰顆粒的沖擊大大提高了去除效率。對(duì)干冰噴射的清潔效果進(jìn)行了定量分析，包括去除有機(jī)物以及顆粒污染物[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。發(fā)現(xiàn)由于撞擊過(guò)程中的干冰顆粒，有機(jī)物溶解在液態(tài)二氧化碳中。其他研究基于碰撞模型研究了顆粒去除機(jī)制 [7]、[8]。干冰的粒徑被認(rèn)為是極大影響污染物去除效率的重要因素。除了清潔應(yīng)用之外，干冰噴射還用于制冷研究[9]、[10]和藥物造粒[11]。
為了提高干冰顆粒的生產(chǎn)效率，在膨脹噴嘴之后放置了隔熱室。小干冰顆?？赡軙?huì)在室內(nèi)聚集[12]。然而，干冰顆粒的形成、尺寸和狀態(tài)以及團(tuán)聚過(guò)程尚未得到詳細(xì)研究。
在這項(xiàng)研究中，我們重點(diǎn)關(guān)注通過(guò)膨脹液態(tài)二氧化碳來(lái)生產(chǎn)干冰顆粒，并闡明聚集干冰顆粒的形成機(jī)制。章節(jié)片段
實(shí)驗(yàn)裝置和程序
干冰顆粒是由高純度液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)的。將一根長(zhǎng)2 m、內(nèi)徑15 mm的柔性隔熱軟管連接到高壓二氧化碳?xì)馄可?，并在軟管末端安裝膨脹噴嘴，如圖1 所示。 在膨脹流的條件下，在膨脹噴嘴的出口處放置玻璃管。在膨脹噴嘴的入口處測(cè)量二氧化碳的初級(jí)壓力。
使用膨脹噴嘴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
二氧化碳在6.5MPa的一次壓力下從噴嘴膨脹 至大氣壓。膨脹的氣流通過(guò)快速膨脹而被冷卻。圖 3 顯示了沿流動(dòng)軸在膨脹流中心測(cè)得的溫度。測(cè)量位置x是距噴嘴出口的距離。x  =  1mm處測(cè)得的溫度 約為-80  ℃； 然而，當(dāng)x  =  50 mm 時(shí)，溫度升高至 -10 °C，當(dāng)x > 100 mm 時(shí)，溫度接近室溫。水流溫度急劇升高   
結(jié)論
通過(guò)測(cè)量射流和管壁溫度并觀察現(xiàn)象，研究了干冰顆粒的團(tuán)聚過(guò)程，并探討了干冰團(tuán)聚的機(jī)理。得出以下結(jié)論：
(1)通過(guò)在膨脹噴嘴的出口處添加玻璃管，可以使干冰噴射保持在較低的溫度。干冰噴射初期溫度下降并接近穩(wěn)定溫度；然后搬到第二個(gè)馬廄
致謝
這項(xiàng)研究得到了日本文部科學(xué)省 (MEXT) 全球 COE 計(jì)劃“材料科學(xué)綜合研究和高級(jí)教育國(guó)際中心”（編號(hào) B-09）的部分支持，由日本學(xué)術(shù)振興會(huì)管理。用于熱管理的干冰顆粒噴霧意味著擴(kuò)散器內(nèi)的團(tuán)聚現(xiàn)象會(huì)形成大顆粒。這項(xiàng)工作研究了霧化器幾何形狀（高度和出口直徑之間的關(guān)系，H / D）對(duì)膨脹噴嘴后使用發(fā)散擴(kuò)散器的微粒團(tuán)聚機(jī)制的影響。高速可視化表征了擴(kuò)散器內(nèi)部的流動(dòng)，并且沿著霧化器擴(kuò)散器長(zhǎng)度的靜壓的同步測(cè)量允許將該參數(shù)與流動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。結(jié)果至少提供了證據(jù)?/?=2通過(guò)取決于兩種流動(dòng)結(jié)構(gòu)的凝聚過(guò)程產(chǎn)生更大的干冰顆粒。擴(kuò)散器上部的主再循環(huán)區(qū)增加了微粒在湍流內(nèi)的停留時(shí)間。停留時(shí)間的這種變化促進(jìn)了形成較大顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象。此外，穩(wěn)定的回流對(duì)于增強(qiáng)較大顆粒的產(chǎn)生、提高其濃度至關(guān)重要。靜壓與擴(kuò)散器內(nèi)部發(fā)生的顆粒間碰撞機(jī)制的強(qiáng)度之間存在明顯的關(guān)系。即，當(dāng)H / D  > 2 時(shí)，與具有恒定橫截面的擴(kuò)散器相比，發(fā)散橫截面的擴(kuò)散器似乎增強(qiáng)了微粒的聚集。然而，當(dāng)H / D > 3時(shí)，附聚物顆粒數(shù)量顯著增加， 這表明這是產(chǎn)生具有較高濃度的較大顆粒的干冰噴霧的最小幾何閾值，這對(duì)于冷卻目的是有用的。進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，以檢查噴嘴幾何形狀和發(fā)散長(zhǎng)度對(duì)雙軟管干冰噴射中氣體顆粒流的影響。迭代求解兩相之間的質(zhì)量動(dòng)量和能量交換的同步模型。這些相是固體干冰顆粒和作為工作介質(zhì)的可壓縮空氣流體。結(jié)果顯示在沿噴嘴中心線的氣體流場(chǎng)中。結(jié)果表明，增加發(fā)散長(zhǎng)度會(huì)降低沿中心線的氣體顆粒密度；沿噴嘴中心線的密度發(fā)展沿長(zhǎng)度方向減小。噴嘴腔的渦流粘度在 0.25 m 長(zhǎng)度內(nèi)保持穩(wěn)定，但在較高值時(shí)急劇增加。在該位置之后渦流粘度的顯著增加是由于干冰顆粒和從噴嘴出口區(qū)域發(fā)散的壓縮氣體之間的混合流。因此，混合流經(jīng)歷來(lái)自大氣壓力的背壓。通過(guò)增加噴嘴中心線坐標(biāo)，顆粒質(zhì)量濃度降低。壓力沿長(zhǎng)度方向增加；但最終因反向壓力而下跌。由于湍流轉(zhuǎn)化為內(nèi)部熱能，溫度穩(wěn)定升高。噴嘴腔內(nèi)氣體-顆粒流的特征可以更好地理解渦輪和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)分析中的多相流。2018年，精密工程
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具有亞毫米特征的部件的表面清潔在許多應(yīng)用中提出了挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)可能是微觀尺度上顆粒的強(qiáng)烈粘附、樣品的處理困難、粘附顆粒的小尺寸以及不利的幾何形狀。然而，在進(jìn)行加工、組裝、包裝、應(yīng)用和測(cè)量之前，組件通常需要清潔。以前對(duì)CO 2雪清潔的評(píng)價(jià)幾乎專(zhuān)門(mén)針對(duì)光滑、平坦或凸面的清潔。通常檢查的樣品是晶圓和光學(xué)元件。在本文中，我們研究了微型齒輪上復(fù)雜表面形狀的 CO 2積雪清潔。CO 2雪清潔的性能與超聲波清潔和高速空氣噴射進(jìn)行了比較。72 次清潔實(shí)驗(yàn)的評(píng)估基于四個(gè)研究樣品清潔前后的光學(xué)顯微鏡圖像。結(jié)果表明，CO 2雪清潔去除了我們測(cè)試樣品中超過(guò) 95% 的微米級(jí)污染物。超聲波清洗去除了 88% 的顆粒，高速空氣噴射去除了 74% 的顆粒。噴霧冷卻系統(tǒng)通常使用液體通過(guò)相變汽化過(guò)程提取大量熱量。然而，在一些應(yīng)用中，冷卻要求是瞬態(tài)的，有效的熱管理意味著對(duì)沉積在表面上的液膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。這對(duì)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)，并提出了是否有其他方法能夠在沒(méi)有液膜的情況下進(jìn)行冷卻的問(wèn)題。這就是為什么目前的工作探索升華作為使用干冰（CO 2）顆粒噴霧的相變冷卻過(guò)程。通過(guò)突然膨脹的焦耳-湯姆遜效應(yīng)，液態(tài)二氧化碳可以轉(zhuǎn)化為干冰顆粒。使用干冰噴霧進(jìn)行瞬態(tài)冷卻獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較短的噴射持續(xù)時(shí)間（<0.5 s）如何在溫度分布中產(chǎn)生更均勻的衰減，而較長(zhǎng)的脈沖（> 0.5 s）會(huì)導(dǎo)致撞擊區(qū)域更高的不均勻性，并有可能用于熱點(diǎn)冷卻。噴霧沖擊產(chǎn)生的冷卻熱通量在上述 0.5 秒的時(shí)間閾值附近產(chǎn)生最大值，盡管最大性能接近 1 秒的噴射持續(xù)時(shí)間。最后，測(cè)量到的從表面去除的空間平均能量的數(shù)量級(jí)與例如模具冷卻過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的冷卻要求相一致。因此，這證明了其作為一種額外的熱管理策略的潛在應(yīng)用，以減少循環(huán)時(shí)間并提高成型零件的工業(yè)生產(chǎn)。通過(guò)阻力和氣溶膠碰撞重新夾帶沉積顆粒
作者鏈接打開(kāi)覆蓋面板W.Theerachaisupakij _,松坂S.,Y· 明石,H· 增田
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引用
https://doi.org/10.1016/S0021-8502(02)00180-5獲取權(quán)利和內(nèi)容
抽象的
已經(jīng)從理論上和實(shí)驗(yàn)上研究了湍流氣溶膠流中沉積顆粒的再夾帶。作用于粘附在壁上的小聚集體上的力的力矩，即顆粒粘附、重力、空氣動(dòng)力阻力和氣溶膠碰撞，被計(jì)算為顆粒直徑的函數(shù)。解析解表明，大于幾微米的氣溶膠顆粒的碰撞在再夾帶中起重要作用，而對(duì)于亞微米顆粒，氣動(dòng)阻力的影響占主導(dǎo)地位。此外，再夾帶氣溶膠流的臨界速度是基于力矩平衡計(jì)算的。臨界速度隨著顆粒直徑的增加而降低。實(shí)驗(yàn)使用尺寸為 3.3– 的氧化鋁顆粒進(jìn)行10.3微米質(zhì)量中值直徑。顆粒完全分散到氣流中并送入玻璃管中。通過(guò)數(shù)碼攝像機(jī)觀察顆粒沉積層狀態(tài)的變化，并獲得在各種條件下不形成顆粒層的臨界速度。盡管臨界速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值有些偏差，但趨勢(shì)相當(dāng)一致。特別地，發(fā)現(xiàn)氣溶膠顆粒的慣性碰撞對(duì)于去除顆粒沉積層是有效的。
介紹
顆粒沉積是許多顆粒處理過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，例如氣動(dòng)輸送、除塵、干粉涂覆、微污染控制和氣固反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。當(dāng)流速足夠高時(shí)，沉積的顆粒將被重新夾帶；這種現(xiàn)象也影響各種單位的運(yùn)作（Masuda & Matsusaka，1997）。
許多研究人員研究了粘附在墻壁上的單個(gè)顆粒的再夾帶，并提出了幾種模型來(lái)闡明再夾帶機(jī)制。其中，力矩平衡模型常被用來(lái)分析作用在粒子上的力（Wang，1990；Tsai，Pui，& Liu，1991；Matsusaka，Koumura，& Masuda，1997）。然而，對(duì)再夾帶的研究不應(yīng)局限于單個(gè)顆粒。事實(shí)上，氣溶膠流中的細(xì)顆粒很容易形成聚集體或顆粒沉積層。Kousaka、Okuyama 和 Endo（1980）觀察到，當(dāng)粘附在壁上的軟聚集體被重新夾帶時(shí)，顆粒間鍵會(huì)斷裂。他們使用 Rumpf (1970) 得出的拉伸強(qiáng)度分析了再夾帶的臨界條件。Adhiwidjaja、Matsusaka、Tanaka 和 Masuda (2000) 提出了一個(gè)通過(guò)破壞顆粒-壁相互作用來(lái)重新夾帶小聚集體的模型。
在氣溶膠流動(dòng)中，在流速低于某個(gè)臨界值時(shí)會(huì)形成顆粒沉積層。高于此臨界流速，由于同時(shí)沉積和再夾帶而形成顆粒層（Matsusaka、Shimizu 和 Masuda，1993；Matsusaka、Adhiwidjaja、Nishio 和 Masuda，1998；Adhiwidjaja、Matsusaka 和 Masuda，1996；Adhiwidjaja 等等人，2000 年；Theerachaisupakij、Matsusaka 和 Masuda，2001 年）。當(dāng)顆粒沉積和再夾帶處于平衡時(shí)，沉積層的狀態(tài)由力矩平衡控制（Adhiwidjaja 等，2000）。隨著流速逐漸增加，沉積顆粒的數(shù)量減少，顆粒沉積層變成小聚集體。如果所有聚集體都被重新夾帶，沉積層將被完全去除（Matsusaka、Theerachaisupakij、Yoshida 和 Masuda，2001）。
在本文中，我們分析了粘附在壁上的小骨料的再夾帶機(jī)制，考慮了力矩，此外還考慮了空氣動(dòng)力阻力以及粘附骨料與氣溶膠顆粒的碰撞。然后，我們計(jì)算重新夾帶骨料所需的臨界流速，并將其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。此外，我們進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以確認(rèn)使用較大氣溶膠顆粒的氣溶膠碰撞的效果。
章節(jié)片段
理論模型
當(dāng)顆粒沉積和再夾帶同時(shí)發(fā)生時(shí)，壁上可能會(huì)形成新的聚集體。然而，如果立即重新夾帶聚集體，顆粒將不會(huì)形成沉積層。在這種情況下，沒(méi)有顆粒層形成的臨界條件可以通過(guò)骨料再夾帶的靜態(tài)模型來(lái)解釋。
阿迪維賈賈等人。(2000) 提出了一個(gè)基于力矩平衡的小骨料再夾帶模型，并研究了
作用在總體上的力的力矩
本節(jié)分析四種力的力矩。計(jì)算中使用的常數(shù)列于表1中。
沿逆時(shí)針?lè)较蜃饔靡詫⒐橇瞎潭ㄔ趬Ρ谏系恼掣搅豈a和重力力矩M g （見(jiàn)圖1）由 、 、 、 、中號(hào)A=0.0833Aze−2k0罪θDp2和中號(hào)G=0.262φρp克克04罪θDp4。圖2顯示了M a和M g的計(jì)算結(jié)果，它們隨著粒徑的增加而增加。顯然，M g遠(yuǎn)小于M a，因此在下面忽略
實(shí)驗(yàn)裝置和程序
圖7示出了實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。實(shí)驗(yàn)中使用的粉末是尺寸為 3.3– 的氧化鋁10.3微米質(zhì)量中位徑，幾何標(biāo)準(zhǔn)差為1.5±0.1；顆粒為非球形，顆粒密度為4000公斤/米−3。這些粉末在 110°C 下干燥12H并在干燥器中冷卻至室溫。測(cè)試粉末從臺(tái)式進(jìn)料器（Sankyo Piotech，MFOV-1）連續(xù)排出并分散到氣流中（10％
去除顆粒沉積層的臨界流速
圖8示出了通過(guò)同時(shí)沉積和再夾帶形成的顆粒沉積層的典型圖案。這里的沉積物看起來(lái)是白色的。薄膜狀沉積層以相對(duì)較低的速度出現(xiàn)（你?=9.3多發(fā)性硬化癥）而在較高速度下觀察
國(guó)際傳熱傳質(zhì)雜志2018年3月第518-526頁(yè)
使用干冰噴霧進(jìn)行升華冷卻的熱評(píng)估
作者鏈接打開(kāi)覆蓋面板米格爾·羅· 帕納奧,何塞·J· 科斯塔,馬里奧·RF· 貝爾納多
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引用
https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.015獲取權(quán)利和內(nèi)容
抽象的
噴霧冷卻系統(tǒng)通常使用液體通過(guò)相變汽化過(guò)程提取大量熱量。然而，在一些應(yīng)用中，冷卻要求是瞬態(tài)的，有效的熱管理意味著對(duì)沉積在表面上的液膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。這對(duì)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)，并提出了是否有其他方法能夠在沒(méi)有液膜的情況下進(jìn)行冷卻的問(wèn)題。這就是為什么目前的工作探索升華作為使用干冰（CO 2）顆粒噴霧的相變冷卻過(guò)程。通過(guò)突然膨脹的焦耳-湯姆遜效應(yīng)，液態(tài)二氧化碳可以轉(zhuǎn)化為干冰顆粒。使用干冰噴霧進(jìn)行瞬態(tài)冷卻獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較短的噴射持續(xù)時(shí)間（<0.5 s）如何在溫度分布中產(chǎn)生更均勻的衰減，而較長(zhǎng)的脈沖（> 0.5 s）會(huì)導(dǎo)致撞擊區(qū)域更高的不均勻性，并有可能用于熱點(diǎn)冷卻。噴霧沖擊產(chǎn)生的冷卻熱通量在上述 0.5 秒的時(shí)間閾值附近產(chǎn)生最大值，盡管最大性能接近 1 秒的噴射持續(xù)時(shí)間。最后，測(cè)量到的從表面去除的空間平均能量的數(shù)量級(jí)與例如模具冷卻過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的冷卻要求相一致。因此，這證明了其作為一種額外的熱管理策略的潛在應(yīng)用，以減少循環(huán)時(shí)間并提高成型零件的工業(yè)生產(chǎn)。
介紹
行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)往往取決于優(yōu)化技術(shù)流程、降低成本和生產(chǎn)周期時(shí)間的能力。事實(shí)上，減少這個(gè)時(shí)間可能代表著一個(gè)行業(yè)產(chǎn)量和收入的大幅增加。其中一些過(guò)程需要對(duì)表面進(jìn)行有效的冷卻，最好的策略之一是噴霧冷卻，它利用相變來(lái)去除大量的熱量。液體是最常見(jiàn)的冷卻劑。然而，如果注入的液體量沒(méi)有完全蒸發(fā)，則會(huì)在表面形成液膜，從而減輕相變，從而影響冷卻性能。
大多數(shù)噴霧冷卻系統(tǒng)采用液體汽化，很少考慮升華。固體干冰顆粒沖擊加熱表面的傳熱機(jī)制是通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流到高速兩相流，包括CO 2 顆粒與沖擊加熱表面間歇接觸時(shí)升華引起的相變。據(jù)我們所知，只有林德開(kāi)發(fā)了一種使用 CO 2的專(zhuān)利點(diǎn)冷卻系統(tǒng)來(lái)解決模制零件中局部熱點(diǎn)的熱管理問(wèn)題 [1]。然而，該工藝在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行，可能不適用于需要短暫瞬態(tài)冷卻的工藝。
使用升華作為與噴霧冷卻相關(guān)的相變熱處理的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不存在液膜，盡管其局限性在于難以將其用于閉路操作系統(tǒng)。因此，它的用處取決于應(yīng)用程序。在本工作中，目的是評(píng)估使用干冰（即通過(guò)焦耳-湯姆遜膨脹效應(yīng)形成的CO 2顆粒）的瞬態(tài)升華噴霧冷卻的熱性能。林等人。[2] 研究了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)熱度通過(guò)閃蒸霧化形成的干冰噴霧的不同模式。從最低值到接近統(tǒng)一的值，圖案從噴霧射流變?yōu)閲婌F錐，最后形成由密集的微粒組成的碗形噴霧，離開(kāi)膨脹噴嘴。該碗形狀圖案符合我們實(shí)驗(yàn)中的條件。然而，在通過(guò)膨脹噴嘴釋放液態(tài)CO 2并形成微粒后，Liu等人。[3] 顯示了擴(kuò)散器在為顆粒壁碰撞提供邊界條件方面的作用，從而導(dǎo)致尺寸較大的附聚物顆粒。僅膨脹噴嘴和擴(kuò)散器的組合允許形成CO 2附聚顆粒(也參見(jiàn)Reeder等人[4]和Liu等人[5])，用于通過(guò)升華進(jìn)行冷卻。冷卻。
升華噴霧冷卻主要有兩個(gè)階段。第 1 階段通過(guò)過(guò)程 ab 發(fā)生，如圖 1 所示，液態(tài) CO 2的等焓膨脹導(dǎo)致熱力學(xué)狀態(tài) (b)，其中存在固氣兩相混合物。冷卻發(fā)生在第二階段，是從熱力學(xué)狀態(tài) b 到 c 的等壓過(guò)程，通??過(guò)相變對(duì)流從表面帶走大量熱量。
在大多數(shù)使用干冰噴霧的應(yīng)用中，目的是由于 CO 2溶劑特性來(lái)執(zhí)行表面清潔 [6]。只有少數(shù)研究考慮其對(duì)表面影響的熱效應(yīng)，更不用說(shuō)它們?cè)陂_(kāi)發(fā)熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)于低流速（0.236–1.18 l/s），Kim 和 Lee [7] 描述了穩(wěn)態(tài)條件下的傳熱系數(shù)，測(cè)量值在 1 和3.5千瓦米-2K-1。對(duì)于h的最高值，停滯溫度在0°C和16°C取決于撞擊距離。事實(shí)上，將噴嘴出口處的距離增加到直徑的 5 到 20 倍（?=1毫米）導(dǎo)致h非線性下降40%。作者得出結(jié)論，干冰顆粒在 CO 2噴射冷卻中具有優(yōu)勢(shì)，使其成為更適合冷卻應(yīng)用的系統(tǒng)。然而，在某些應(yīng)用中，CO 2顆粒噴霧冷卻受熱表面的時(shí)間很短，這意味著它在高度瞬態(tài)條件下運(yùn)行。然而，文獻(xiàn)中仍然缺乏相應(yīng)瞬態(tài)熱行為的分析，因此，這是這項(xiàng)工作的動(dòng)機(jī)。
使用量級(jí)的質(zhì)量流量～102G/s，目前的研究重點(diǎn)是擴(kuò)散器出口和沖擊加熱表面之間多個(gè)距離的升華噴霧冷卻中的瞬態(tài)傳熱。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可以量化干冰顆粒噴霧的冷卻潛力，評(píng)估其在模具瞬態(tài)熱管理中的潛在應(yīng)用，探索釋放模制零件和關(guān)閉模具之間的可用時(shí)間范圍，然后通過(guò)實(shí)現(xiàn)顯著的熱量來(lái)開(kāi)始另一個(gè)注射周期模腔表面的耗散。
在介紹性部分之后，以下內(nèi)容描述了本工作中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)置和方法。第 3 節(jié)探討了沖擊表面溫度的分布和時(shí)間演變、總熱通量和傳熱系數(shù)的結(jié)果，最后分析了冷卻去除的總能量和相應(yīng)的熱效率。最后一部分除了根據(jù)本工作的成果得出一些結(jié)論外，還對(duì)升華噴霧冷卻正在進(jìn)行和未來(lái)的研究進(jìn)行了展望。
粉體技術(shù)第217卷，2021年2月，第607-631頁(yè)
應(yīng)用沖擊干冰噴射過(guò)程中的顆粒去除過(guò)程
作者鏈接打開(kāi)覆蓋面板劉以紅,平間大 輔,松坂 修二
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引用
https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.11.032獲取權(quán)利和內(nèi)容
抽象的
在這項(xiàng)研究中，我們研究了干冰噴射去除粘附在表面上的細(xì)顆粒的應(yīng)用，并檢查了去除過(guò)程。使用高速顯微鏡相機(jī)捕獲的圖像分析了去除效率、面積和頻率。此外，還測(cè)量了干冰噴射的溫度，以評(píng)估干冰顆粒及其對(duì)顆粒去除過(guò)程的影響。由于初級(jí)干冰顆粒及其附聚物的影響而導(dǎo)致的去除過(guò)程發(fā)生在對(duì)應(yīng)于緩慢和快速顆粒去除的兩個(gè)階段中。 當(dāng)在大約 − 70 °C的顆粒去除過(guò)程中團(tuán)聚體的影響占主導(dǎo)地位時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高去除效率。此外，我們還研究了射流流速對(duì)去除面積和頻率的影響，并提出了一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)來(lái)確定有效去除顆粒的最佳射流流速。 
圖形概要
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強(qiáng)調(diào)
? 我們研究了使用干冰噴射去除細(xì)顆粒的過(guò)程。? 我們通過(guò)顯微鏡觀察分析去除效率、面積和頻率。? 初級(jí)干冰顆粒及其附聚物的影響導(dǎo)致去除。 ? 在大約 − 70 °C時(shí)實(shí)現(xiàn)高去除效率 。? 我們提出了一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)來(lái)確定去除的最佳噴射流量。
介紹
在工業(yè)制造中，表面清潔至關(guān)重要，因?yàn)楫a(chǎn)品表面的污染物會(huì)降低生產(chǎn)質(zhì)量并降低產(chǎn)量；例如，電子設(shè)備制造過(guò)程中沉積的細(xì)顆粒通常會(huì)導(dǎo)致許多缺陷。然而，對(duì)細(xì)顆粒進(jìn)行表面清潔并不容易，因?yàn)檎掣搅ν笥诜蛛x力，這使得它們的去除變得困難。如今，先鋒行業(yè)正在迅速產(chǎn)生技術(shù)創(chuàng)新，必須開(kāi)發(fā)高效的清潔方法來(lái)滿足其要求；此外，此類(lèi)清潔方法還必須滿足與工業(yè)過(guò)程相關(guān)的日益增長(zhǎng)的環(huán)境問(wèn)題。
清潔方法主要可分為兩類(lèi)：分別使用液體和氣體介質(zhì)的濕式清潔和干式清潔。濕法清洗表現(xiàn)出非常好的清洗性能，在工業(yè)界廣受歡迎。然而，通常使用對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)添加劑（例如酸）??來(lái)增強(qiáng)濕法清潔性能。此外，濕法清洗后需進(jìn)行干燥處理，排放或回收前需進(jìn)行水處理；這增加了能源和成本消耗。因此，必須建立有效、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的替代清潔方法。
一種流行的干洗方法涉及應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)——空氣射流用于去除表面上的細(xì)小顆粒。先前已報(bào)道過(guò)許多關(guān)于此類(lèi)顆粒去除程序的研究。此外，為了解釋顆粒去除效率的時(shí)間過(guò)程，Masuda 等人。[1]提出了一個(gè)模型，假設(shè)去除通量與粘附力小于分離力的顆粒數(shù)量成正比。大谷等人。[2]、[3] 表明連續(xù)脈沖空氣噴射可有效去除顆粒。戈托等人。[4]、[5]、[6]]討論了表面材料、污染物顆粒尺寸和相對(duì)濕度對(duì)去除效率的影響。除了上述清潔系統(tǒng)之外，Smedley [7]、[8] 還引入了一種平移氣體射流，可用于避免與射流啟動(dòng)相關(guān)的瞬態(tài)效應(yīng)。
盡管?chē)姎飧上词且环N簡(jiǎn)單方便的工藝，但對(duì)于較小顆粒的去除效率有限。對(duì)于較小的顆粒，暴露于流過(guò)表面的空氣的面積較小，因此，它們不能輕易地通過(guò)空氣動(dòng)力效應(yīng)去除。為了克服這一困難，Hoenig [9] 證明，可以采用一種利用軟物質(zhì)在表面流動(dòng)的清潔系統(tǒng)來(lái)去除較小的顆粒。二氧化碳是最佳的軟物質(zhì)，因?yàn)樗梢栽跇O其清潔的條件下獲得，并且成本較低且毒性較小。此外，由于干冰最終會(huì)在室內(nèi)條件下升華，因此清潔后不會(huì)出現(xiàn)二次污染問(wèn)題。
通過(guò)采用焦耳-湯姆遜過(guò)程使液態(tài)二氧化碳膨脹可以產(chǎn)生含有干冰顆粒的射流。由于撞擊射流中停滯區(qū)域的氣動(dòng)阻力較弱，因此粘附在表面的顆粒不易被去除。然而，它們可以通過(guò)干冰顆粒的碰撞有效去除，從而提供足夠的動(dòng)量傳遞。干冰噴射，即氣態(tài)二氧化碳和干冰顆粒的氣固兩相射流的操作，在去除顆粒污染物和有機(jī)殘留物方面表現(xiàn)出良好的性能（Sherman [10]）。
Jackson和Carver [11]總結(jié)了干冰噴射的幾種可能的去除機(jī)制如下：（i）基于從干冰顆粒到污染物的動(dòng)量傳遞的動(dòng)力學(xué)分離，（ii）空氣動(dòng)力阻力分離，（iii）由干冰顆粒引起的化學(xué)分離殘留物溶解成液態(tài)二氧化碳，以及（iv）由污染物與帶電干冰顆粒結(jié)合的運(yùn)動(dòng)引起的靜電分離。通過(guò)考慮作用在粘附于表面的顆粒上的力的力矩，研究了動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力阻力分離（Kousaka 等人 [12]；Wang [13]；Tsai 等人 [14]；Matsusaka 和 Masuda [15] ]；Adhiwidjaja 等人[16]；Theerachaisupakij 等人[17]）。Toscano 和 Ahmadi [18] 通過(guò)引入力矩平衡模型（滾動(dòng)分離模型）和力平衡模型（滑動(dòng)分離模型）研究了干冰噴射中的顆粒去除機(jī)制。他們得出的結(jié)論是，沖擊滾動(dòng)去除所需的臨界去除速度遠(yuǎn)低于滑動(dòng)去除所需的臨界去除速度。然而，滑動(dòng)去除也可以有效去除不規(guī)則顆粒（Banerjee 和 Campbell [19]）。
干冰顆粒的尺寸和形狀可以通過(guò)改變溫度和壓力等條件來(lái)控制。斯溫等人。[20]在膨脹噴嘴的末端安裝了一個(gè)隔熱室來(lái)制備干冰顆粒的團(tuán)聚物。附聚顆?？捎糜诟杀鶉娚?，因?yàn)樗鼈兩A的速度不如小顆粒那么快，而且較大的顆粒具有較大的動(dòng)能