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干冰清洗机对表面影响的结果与讨论--2……  

实验结果与讨论

表面局部压力

图4示出了作为干冰射流和空气射流的质量流速的函数的射流轴线的冲击点处的局部压力。为了详细观察颗粒去除效率的变化,使用低质量率。在稳态条件下测量压力,空气喷射和干冰喷射的流动温度分别为25和约-70。局部压力随质量流量增加,空气和干冰喷射的结果相似。由于局部压力与射流的质量流速相关,因此局部压力可用于评估射流的强度。

图。4射流的局部压力在测试板的中心流动。

image.png

有效的清洁区域

为了研究颗粒去除效率,用干冰喷射清洁被单一胶乳颗粒污染的测试板。去除效率η由下式定义

image.png

其中,0是粘附在测试板上的颗粒污染物的初始数量,r是残留颗粒污染物的数量。

图5显示了去除2.92-μm颗粒污染物作为局部压力参数的效率。在该实验中,干冰喷射的持续时间设定为10秒。颗粒污染物在板的中心和下游完全除去; 然而,去除效率在从中心向相对侧15mm处减小,并且在x = -25mm 处达到零。有效去除面积随着局部压力的增加而增加。尽管实验是在不同的RH下在40-60%的范围内进行的,但RH对去除效率没有影响。

图。5 p2 =2.92μm的去除效率曲线(原点是冲击点)。

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还进行了去除0.75-μm颗粒污染物的实验。结果如图6所示。尽管去除效率低于2.92-μm颗粒污染物的去除效率,但是常见的特征是明显的,即去除效率在下游高但在相反侧低。由于亚微米尺寸的污染物更难以从表面移除,因此需要更高的局部压力来提高去除效率。

图。6 p2 =0.75μm的去除效率曲线(原点是冲击点)。

image.png



图。7 p2 =2.92μm 的颗粒去除效率的时间过程。

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依赖于时间的颗粒去除效率

图7显示了去除粘附在表面中心的2.92-μm颗粒污染物的效率的时间过程。起效时间(t= 0)是阀门打开的时间。当使用干冰喷射时,在开始实验后延迟几秒后开始去除颗粒,并且随着时间流逝,去除效率增加。此外,颗粒去除效率随着局部压力的增加而迅速增加。在局部压力2,6和10kPa下去除污染物的时间的中值分别为2.2,1.6和0.9s。随着局部压力的增加,作用在污染物上的气动阻力也增加; 然而,阻力不是去除颗粒的主要因素。这一点很明显,即使空气射流的局部压力高于干冰射流的局部压力,空气射流也不能有效去除颗粒,如图7所示。。干冰射流具有气固两相流动; 因此,干冰颗粒和污染物之间的冲击力对于颗粒去除是重要的。

图8显示了0.75-μm颗粒污染物的实验结果。干冰喷射可以去除亚微米级的颗粒; 但是,去除它们的时间比2.92-μm颗粒污染物的时间长。在局部压力2,6和10kPa下除去0.75-μm颗粒所需时间的中值分别为9.2,7.5和6.1秒。中位时间的去除是评估干冰清洁的重要因素。为了阐明时间依赖性,必须讨论干冰射流的状态以及污染物的状况。由于干冰射流的状态根据温度而变化,因此必须确定温度的时间依赖性。

图。8 p2 =0.75μm 的颗粒去除效率的时间过程。

image.png



干冰喷射引起的冲击效应的可视化

如前面部分所述,干冰颗粒的冲击效应决定了去除效率。因此,有意义的是直接观察冲击对表面清洁的影响。为了使表面清洁可视化,通过喷雾和干燥溶液将黑色树脂膜涂覆在测试板上; 然后,进行表面清洁实验。入射角为π / 4弧度,从管尖到板的距离在轴向上为20mm。为了除去黑色树脂薄膜,需要更高的流速; 因此,使用具有4mm内径的窄ABS管。尽管空气喷射器不能除去树脂薄膜,但干冰喷射完成了去除。图12显示了以40毫秒的间隔拍摄的一系列显微图像。观察点沿着流动方向距离冲击点约1mm。由于干冰喷射使树脂薄膜冷却,薄膜中发生脆性断裂。通过干冰颗粒的冲击将树脂膜破碎成小碎片,并从板上除去每个碎片。随着流速越高,流体温度迅速下降; 因此,干冰颗粒在短时间内耗尽。在该实验中,管中的流速大至130ms -1 ; 结果,薄膜碎片在3.9秒开始被移除,并在0.2秒后完全除去。这些去除现象发生的时间早于亚微米级颗粒。

TIM图片20181227162530.jpg



结论

已经研究了通过干冰喷射去除颗粒污染物。在该实验中,进行了去除过程的原位观察,并获得了颗粒去除效率的时间过程。为了解释去除过程,测量了干冰射流的温度,并基于计算和实验结果讨论了去除污染物的机理。此外,进行了通过干冰喷射进行的表面清洁的可视化。结论如下:

有效的表面清洁区域和颗粒去除效率取决于干冰射流的强度,其通过表面上的局部压力来评估。要去除亚微米级污染物,需要高局部压力。使用空气喷射器,即使在较高的局部压力下也难以去除小的污染物。这意味着通过干冰喷射去除颗粒的有效性归因于干冰颗粒与污染物的碰撞。

干冰喷射的颗粒去除效率随着经过的时间而增加,而喷射流的温度随着经过的时间而减小。通过连接这些结果,在约-10℃下除去微米级粒子,并且在约-70℃下除去亚微米级粒子,而不管局部压力如何。因此,颗粒去除效率与射流的温度密切相关。由于在-70℃下形成大量附聚的干冰颗粒,因此通过附聚的干冰颗粒的碰撞除去亚微米尺寸的颗粒。

通过使颗粒去除效率相对于时间微分而获得的颗粒去除率也可以通过干冰颗粒与污染物的碰撞来解释。此外,基于力矩平衡模型的理论计算表明,冲击效应主导了颗粒去除。

通过去除覆盖表面的树脂膜,可以目视观察干冰喷射的冲击效果。树脂薄膜破碎成小碎片然后取出。

 


 
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