Dieser Artikel verwendet das Erstarrungs-/Schmelzmodell der FLUENT-Software, um den Einfluss des Kontaktwinkels und der Massenanteile auf den Gefrierprozess von reinem Wasser und Natriumchloridlösung auf einer kalten Oberfläche zu simulieren. Kupferblech wurde als hydrophile Oberfläche und Nanomembranoberfläche als hydrophobe Oberfläche ausgewählt, um den Gefrierprozess von Tropfen unter verschiedenen Oberflächeneigenschaften experimentell zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen: Die Gefriereigenschaften der Tropfen auf der kalten Oberfläche hängen vom Kontaktwinkel und den Massenanteilen ab. Bei konstanter Massenanteils-Konzentration der Lösung gilt: Je kleiner der Kontaktwinkel, desto schneller die Gefriergeschwindigkeit des Tropfens und desto kürzer die vollständige Gefrierzeit; zu Beginn des Gefrierprozesses gilt: Je kleiner der Kontaktwinkel, desto niedriger die Temperatur am Boden des Tropfens; bei gleicher Gefrierzeit und gleicher Tropfenhöhe sind die Temperatur an der Tropfenoberfläche und der flüssige Anteil niedriger als im Inneren des Tropfens; bei gleichem Kontaktwinkel ist die Massenanteil-Konzentration der Lösung umgekehrt proportional zur Anfangs-Gefriertemperatur des Tropfens und proportional zur vollständigen Gefrierzeit. Der Vergleich von Experiment- und Simulationsergebnissen zeigt, dass die Trends der Gefrierzeitvariation von Natriumchlorid-Tropfen unterschiedlicher Massenanteile bei Kontaktwinkeln von 60° und 100° gleich sind, jedoch die experimentellen Werte größer als die simulierten sind.

Tropfen;Gefrieren;Kontaktwinkel;Massenanteil