干冰清洗對金屬、塑膠無損壞。
為了實現有效的金屬清潔，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影的清潔效果，去除可能導致低粘附力的污染物，從而實現通過清潔前后擦拭評估的高度清潔的軌頭。清潔通過三種不同的機制進行，如下所示。
表面冷卻：干 冰粒的溫度為-78°C，會使鋼軌頭上的任何表面污染物變脆，然后這些污染物會收縮或破裂，從而破壞它們與金屬表面之間的粘合力。
動能：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，則通過沖擊去除污染物的效果會增強。升華：當干冰 顆粒撞擊表面時，它們從固態變為氣態，相關體積增加約 800 倍。這會產生高速氣流，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，處理過的表面保持干燥和清潔，沒有清潔劑或噴砂材料的殘留。由于該過程完全干燥且不導電，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，可以輕松調整操作參數，以避免沖擊造成任何表面損壞。金屬的低溫暴露時間也是有限的，低溫不太可能對金屬造成損壞。文獻中報道了鋼和類似合金的低溫處理，并且顯示出對材料質量產生積極影響，盡管此類處理通常使用溫度低得多的物質液氮進行（Manimaran 等人，2014年）。
謝菲爾德未發表的研究表明，在清潔所需的短時間內，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受到太大影響。通過 2.5 秒的干冰噴射，從放置在導軌內的熱電偶獲取的溫度數據范圍在 0 至 -12°C之間。RRV 以16公里/小時的速度進行處理，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，很可能不會超過 -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相比，這是一個主要優勢，因為黑色層的厚度和屬性未知，因此所需的熱輸入也是未知的。
即使考慮到環境立法，未來幾年工業二氧化碳來源也不太可能減少。荷蘭環境評估局支持這一預測（PBL，2020）。報告發現，2019年全球溫室氣體排放總量繼續以1.1%的速度增長，達到52.4Gt二氧化碳當量。盡管 1.1% 的增長率僅為 2018 年的一半，但它是 2012 年以來年均增長率 1.1% 的延續（Olivier等，2012）。因此，二氧化碳的回收和使用不會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程，可以將潛在的廢物進行二次利用。
3.1 試驗場地及車輛
確定了英國 QRTC 的測試環路進行試驗，并安排了 117 級列車車廂的使用。這是為了提供足夠的數據捕獲（參見第
材料和方法
首先，將粉末顆粒分散并沉積在試驗板（76  ×  26 毫米；1毫米厚的透明玻璃）上，隨后進行通過干冰噴射去除粉末顆粒的實驗。請注意，測試板上覆蓋有大量粉末顆粒，以便正確觀察去除過程。
顆粒去除效率
圖 3 顯示了干冰噴射過程中測試板上顆粒的顯微照片。當噴射流量為1.4 g/s時，實驗開始后 大部分顆粒在表面停留約8 s，然后在0.2 s內幾乎完全去除（圖3a）。當流量為4.9 g/s時，20%的顆粒在前3 s內被去除，其余顆粒在0.05 s內被去除（圖3b）。這些顯微觀察表明顆粒開始快速去除     
結論
在這項研究中，我們研究了使用沖擊干冰射流去除附著在測試板上的細顆粒的過程。此外，通過對顆粒去除效率隨時間和干冰噴射溫度變化的函數進行定量分析，分析了顆粒去除過程的關鍵因素。研究結論可概括如下：
(1)顆粒去除過程由兩個階段組成——緩慢去除階段和在這項研究中，我們研究了干冰噴射去除粘附在表面上的細顆粒的應用，并檢查了去除過程。使用高速顯微鏡相機捕獲的圖像分析了去除效率、面積和頻率。此外，還測量了干冰噴射的溫度，以評估干冰顆粒及其對顆粒去除過程的影響。由于初級干冰顆粒及其附聚物的影響而導致的去除過程發生在對應于緩慢和快速顆粒去除的兩個階段中。 當在大約 − 70 °C的顆粒去除過程中團聚體的影響占主導地位時，可以實現高去除效率。此外，我們還研究了射流流速對去除面積和頻率的影響，并提出了一個系統參數來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，因為它可以在極其清潔的條件下獲得，并且成本較低且毒性較小。此外，由于干冰最終會在室內條件下升華，因此清潔后不會出現二次污染問題。
通過采用焦耳-湯姆遜過程使液態二氧化碳膨脹可以產生含有干冰顆粒的射流。由于撞擊射流中停滯區域的氣動阻力較弱，因此粘附在表面的顆粒不易被去除。然而，它們可以通過干冰顆粒的碰撞有效去除，從而提供足夠的動量傳遞。干冰噴射，即氣態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殘留物方面表現出良好的性能（Sherman [10]）。
Jackson和Carver [11]總結了干冰噴射的幾種可能的去除機制如下：（i）基于從干冰顆粒到污染物的動量傳遞的動力學分離，（ii）空氣動力阻力分離，（iii）由干冰顆粒引起的化學分離殘留物溶解成液態二氧化碳，以及（iv）由污染物與帶電干冰顆粒結合的運動引起的靜電分離。通過考慮作用在粘附于表面的顆粒上的力的力矩，研究了動力學和空氣動力阻力分離（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] 通過引入力矩平衡模型（滾動分離模型）和力平衡模型（滑動分離模型）研究了干冰噴射中的顆粒去除機制。他們得出的結論是，沖擊滾動去除所需的臨界去除速度遠低于滑動去除所需的臨界去除速度。然而，滑動去除也可以有效去除不規則顆粒。
干冰顆粒的尺寸和形狀可以通過改變溫度和壓力等條件來控制。斯溫等人。在膨脹噴嘴的末端安裝了一個隔熱室來制備干冰顆粒的團聚物。附聚顆?？捎糜诟杀鶉娚洌驗樗鼈兩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能。通過分析噴射團聚物的尺寸和粒子速度研究了干冰粒子的團聚過程。團聚過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果可用來解釋不同直徑顆粒去除效率的時間過程。此外，使用稀疏沉積在表面上的單一尺寸顆粒污染。通過實驗研究了干冰顆粒的形成及其團聚過程。干冰顆粒是通過在室溫和壓力下膨脹液態二氧化碳而產生的，然后引入到充當附聚室的附加管中。實驗中，通過熱電偶測量射流和管壁的溫度，并通過帶有變焦鏡頭的高速攝像機觀察射流中的干冰顆粒。研究發現，射流中發生了兩個階段的溫度降低，對應于團聚過程。還發現，隨著管直徑的增加，附聚物的粒徑增加，顆粒速度降低。干冰顆粒的團聚過程可以用顆粒沉積和再夾帶來解釋，即幾微米的干冰顆粒沉積在管壁上，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用廣泛的工業技術，不僅可以應用于半導體器件、汽車模具、食品加工設備等的表面清洗，還可以應用于食品冷藏和藥品造粒。這是因為該系統具有含有升華顆粒的低溫氣固兩相流的特性。
干冰噴射應用于表面清潔的概念最早于20世紀80年代提出[1]。在這項研究中，稱為干冰雪的細顆粒是通過膨脹液態二氧化碳產生的。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。對干冰噴射的清潔效果進行了定量分析，包括去除有機物以及顆粒污染物[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。發現由于撞擊過程中的干冰顆粒，有機物溶解在液態二氧化碳中。其他研究基于碰撞模型研究了顆粒去除機制 [7]、[8]。干冰的粒徑被認為是極大影響污染物去除效率的重要因素。除了清潔應用之外，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效率，在膨脹噴嘴之后放置了隔熱室。小干冰顆粒可能會在室內聚集[12]。然而，干冰顆粒的形成、尺寸和狀態以及團聚過程尚未得到詳細研究。
在這項研究中，我們重點關注通過膨脹液態二氧化碳來生產干冰顆粒，并闡明聚集干冰顆粒的形成機制。章節片段
實驗裝置和程序
干冰顆粒是由高純度液態二氧化碳生產的。將一根長2 m、內徑15 mm的柔性隔熱軟管連接到高壓二氧化碳氣瓶上，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量二氧化碳的初級壓力。
使用膨脹噴嘴進行實驗
二氧化碳在6.5MPa的一次壓力下從噴嘴膨脹 至大氣壓。膨脹的氣流通過快速膨脹而被冷卻。圖 3 顯示了沿流動軸在膨脹流中心測得的溫度。測量位置x是距噴嘴出口的距離。x  =  1mm處測得的溫度 約為-80  ℃； 然而，當x  =  50 mm 時，溫度升高至 -10 °C，當x > 100 mm 時，溫度接近室溫。水流溫度急劇升高   
結論
通過測量射流和管壁溫度并觀察現象，研究了干冰顆粒的團聚過程，并探討了干冰團聚的機理。得出以下結論：
(1)通過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定溫度；然后搬到第二個馬廄
致謝
這項研究得到了日本文部科學省 (MEXT) 全球 COE 計劃“材料科學綜合研究和高級教育國際中心”（編號 B-09）的部分支持，由日本學術振興會管理。用于熱管理的干冰顆粒噴霧意味著擴散器內的團聚現象會形成大顆粒。這項工作研究了霧化器幾何形狀（高度和出口直徑之間的關系，H / D）對膨脹噴嘴后使用發散擴散器的微粒團聚機制的影響。高速可視化表征了擴散器內部的流動，并且沿著霧化器擴散器長度的靜壓的同步測量允許將該參數與流動結構相關聯。結果至少提供了證據?/?=2通過取決于兩種流動結構的凝聚過程產生更大的干冰顆粒。擴散器上部的主再循環區增加了微粒在湍流內的停留時間。停留時間的這種變化促進了形成較大顆粒的團聚現象。此外，穩定的回流對于增強較大顆粒的產生、提高其濃度至關重要。靜壓與擴散器內部發生的顆粒間碰撞機制的強度之間存在明顯的關系。即，當H / D  > 2 時，與具有恒定橫截面的擴散器相比，發散橫截面的擴散器似乎增強了微粒的聚集。然而，當H / D > 3時，附聚物顆粒數量顯著增加， 這表明這是產生具有較高濃度的較大顆粒的干冰噴霧的最小幾何閾值，這對于冷卻目的是有用的。進行了數值模擬研究，以檢查噴嘴幾何形狀和發散長度對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量動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的可壓縮空氣流體。結果顯示在沿噴嘴中心線的氣體流場中。結果表明，增加發散長度會降低沿中心線的氣體顆粒密度；沿噴嘴中心線的密度發展沿長度方向減小。噴嘴腔的渦流粘度在 0.25 m 長度內保持穩定，但在較高值時急劇增加。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域發散的壓縮氣體之間的混合流。因此，混合流經歷來自大氣壓力的背壓。通過增加噴嘴中心線坐標，顆粒質量濃度降低。壓力沿長度方向增加；但最終因反向壓力而下跌。由于湍流轉化為內部熱能，溫度穩定升高。噴嘴腔內氣體-顆粒流的特征可以更好地理解渦輪和噴氣發動機流動分析中的多相流。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用中提出了挑戰。挑戰可能是微觀尺度上顆粒的強烈粘附、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，在進行加工、組裝、包裝、應用和測量之前，組件通常需要清潔。以前對CO 2雪清潔的評價幾乎專門針對光滑、平坦或凸面的清潔。通常檢查的樣品是晶圓和光學元件。在本文中，我們研究了微型齒輪上復雜表面形狀的 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行了比較。72 次清潔實驗的評估基于四個研究樣品清潔前后的光學顯微鏡圖像。結果表明，CO 2雪清潔去除了我們測試樣品中超過 95% 的微米級污染物。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。噴霧冷卻系統通常使用液體通過相變汽化過程提取大量熱量。然而，在一些應用中，冷卻要求是瞬態的，有效的熱管理意味著對沉積在表面上的液膜進行適當的控制。這對熱管理系統的優化提出了挑戰，并提出了是否有其他方法能夠在沒有液膜的情況下進行冷卻的問題。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程。通過突然膨脹的焦耳-湯姆遜效應，液態二氧化碳可以轉化為干冰顆粒。使用干冰噴霧進行瞬態冷卻獲得的實驗結果表明，較短的噴射持續時間（<0.5 s）如何在溫度分布中產生更均勻的衰減，而較長的脈沖（> 0.5 s）會導致撞擊區域更高的不均勻性，并有可能用于熱點冷卻。噴霧沖擊產生的冷卻熱通量在上述 0.5 秒的時間閾值附近產生最大值，盡管最大性能接近 1 秒的噴射持續時間。最后，測量到的從表面去除的空間平均能量的數量級與例如模具冷卻過程中發現的冷卻要求相一致。因此，這證明了其作為一種額外的熱管理策略的潛在應用，以減少循環時間并提高成型零件的工業生產。通過阻力和氣溶膠碰撞重新夾帶沉積顆粒
作者鏈接打開覆蓋面板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獲取權利和內容
抽象的
已經從理論上和實驗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、空氣動力阻力和氣溶膠碰撞，被計算為顆粒直徑的函數。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，而對于亞微米顆粒，氣動阻力的影響占主導地位。此外，再夾帶氣溶膠流的臨界速度是基于力矩平衡計算的。臨界速度隨著顆粒直徑的增加而降低。實驗使用尺寸為 3.3– 的氧化鋁顆粒進行10.3微米質量中值直徑。顆粒完全分散到氣流中并送入玻璃管中。通過數碼攝像機觀察顆粒沉積層狀態的變化，并獲得在各種條件下不形成顆粒層的臨界速度。盡管臨界速度的實驗數據與理論值有些偏差，但趨勢相當一致。特別地，發現氣溶膠顆粒的慣性碰撞對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程中的關鍵問題之一，例如氣動輸送、除塵、干粉涂覆、微污染控制和氣固反應器的設計。當流速足夠高時，沉積的顆粒將被重新夾帶；這種現象也影響各種單位的運作（Masuda & Matsusaka，1997）。
許多研究人員研究了粘附在墻壁上的單個顆粒的再夾帶，并提出了幾種模型來闡明再夾帶機制。其中，力矩平衡模型常被用來分析作用在粒子上的力（Wang，1990；Tsai，Pui，& Liu，1991；Matsusaka，Koumura，& Masuda，1997）。然而，對再夾帶的研究不應局限于單個顆粒。事實上，氣溶膠流中的細顆粒很容易形成聚集體或顆粒沉積層。Kousaka、Okuyama 和 Endo（1980）觀察到，當粘附在壁上的軟聚集體被重新夾帶時，顆粒間鍵會斷裂。他們使用 Rumpf (1970) 得出的拉伸強度分析了再夾帶的臨界條件。Adhiwidjaja、Matsusaka、Tanaka 和 Masuda (2000) 提出了一個通過破壞顆粒-壁相互作用來重新夾帶小聚集體的模型。
在氣溶膠流動中，在流速低于某個臨界值時會形成顆粒沉積層。高于此臨界流速，由于同時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）。當顆粒沉積和再夾帶處于平衡時，沉積層的狀態由力矩平衡控制（Adhiwidjaja 等，2000）。隨著流速逐漸增加，沉積顆粒的數量減少，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制，考慮了力矩，此外還考慮了空氣動力阻力以及粘附骨料與氣溶膠顆粒的碰撞。然后，我們計算重新夾帶骨料所需的臨界流速，并將其與實驗數據進行比較。此外，我們進行了一項實驗，以確認使用較大氣溶膠顆粒的氣溶膠碰撞的效果。
章節片段
理論模型
當顆粒沉積和再夾帶同時發生時，壁上可能會形成新的聚集體。然而，如果立即重新夾帶聚集體，顆粒將不會形成沉積層。在這種情況下，沒有顆粒層形成的臨界條件可以通過骨料再夾帶的靜態模型來解釋。
阿迪維賈賈等人。(2000) 提出了一個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
本節分析四種力的力矩。計算中使用的常數列于表1中。
沿逆時針方向作用以將骨料固定在墻壁上的粘附力矩Ma和重力力矩M g （見圖1）由 、 、 、 、中號A=0.0833Aze−2k0罪θDp2和中號G=0.262φρp克克04罪θDp4。圖2顯示了M a和M g的計算結果，它們隨著粒徑的增加而增加。顯然，M g遠小于M a，因此在下面忽略
實驗裝置和程序
圖7示出了實驗裝置的示意圖。實驗中使用的粉末是尺寸為 3.3– 的氧化鋁10.3微米質量中位徑，幾何標準差為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。測試粉末從臺式進料器（Sankyo Piotech，MFOV-1）連續排出并分散到氣流中（10％
去除顆粒沉積層的臨界流速
圖8示出了通過同時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是白色的。薄膜狀沉積層以相對較低的速度出現（你?=9.3多發性硬化癥）而在較高速度下觀察
國際傳熱傳質雜志2018年3月第518-526頁
使用干冰噴霧進行升華冷卻的熱評估
作者鏈接打開覆蓋面板米格爾·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獲取權利和內容
抽象的
噴霧冷卻系統通常使用液體通過相變汽化過程提取大量熱量。然而，在一些應用中，冷卻要求是瞬態的，有效的熱管理意味著對沉積在表面上的液膜進行適當的控制。這對熱管理系統的優化提出了挑戰，并提出了是否有其他方法能夠在沒有液膜的情況下進行冷卻的問題。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程。通過突然膨脹的焦耳-湯姆遜效應，液態二氧化碳可以轉化為干冰顆粒。使用干冰噴霧進行瞬態冷卻獲得的實驗結果表明，較短的噴射持續時間（<0.5 s）如何在溫度分布中產生更均勻的衰減，而較長的脈沖（> 0.5 s）會導致撞擊區域更高的不均勻性，并有可能用于熱點冷卻。噴霧沖擊產生的冷卻熱通量在上述 0.5 秒的時間閾值附近產生最大值，盡管最大性能接近 1 秒的噴射持續時間。最后，測量到的從表面去除的空間平均能量的數量級與例如模具冷卻過程中發現的冷卻要求相一致。因此，這證明了其作為一種額外的熱管理策略的潛在應用，以減少循環時間并提高成型零件的工業生產。
介紹
行業競爭往往取決于優化技術流程、降低成本和生產周期時間的能力。事實上，減少這個時間可能代表著一個行業產量和收入的大幅增加。其中一些過程需要對表面進行有效的冷卻，最好的策略之一是噴霧冷卻，它利用相變來去除大量的熱量。液體是最常見的冷卻劑。然而，如果注入的液體量沒有完全蒸發，則會在表面形成液膜，從而減輕相變，從而影響冷卻性能。
大多數噴霧冷卻系統采用液體汽化，很少考慮升華。固體干冰顆粒沖擊加熱表面的傳熱機制是通過強制對流到高速兩相流，包括CO 2 顆粒與沖擊加熱表面間歇接觸時升華引起的相變。據我們所知，只有林德開發了一種使用 CO 2的專利點冷卻系統來解決模制零件中局部熱點的熱管理問題 [1]。然而，該工藝在穩態下運行，可能不適用于需要短暫瞬態冷卻的工藝。
使用升華作為與噴霧冷卻相關的相變熱處理的一個優點是不存在液膜，盡管其局限性在于難以將其用于閉路操作系統。因此，它的用處取決于應用程序。在本工作中，目的是評估使用干冰（即通過焦耳-湯姆遜膨脹效應形成的CO 2顆粒）的瞬態升華噴霧冷卻的熱性能。林等人。[2] 研究了根據標準化過熱度通過閃蒸霧化形成的干冰噴霧的不同模式。從最低值到接近統一的值，圖案從噴霧射流變為噴霧錐，最后形成由密集的微粒組成的碗形噴霧，離開膨脹噴嘴。該碗形狀圖案符合我們實驗中的條件。然而，在通過膨脹噴嘴釋放液態CO 2并形成微粒后，Liu等人。[3] 顯示了擴散器在為顆粒壁碰撞提供邊界條件方面的作用，從而導致尺寸較大的附聚物顆粒。僅膨脹噴嘴和擴散器的組合允許形成CO 2附聚顆粒(也參見Reeder等人[4]和Liu等人[5])，用于通過升華進行冷卻。冷卻。
升華噴霧冷卻主要有兩個階段。第 1 階段通過過程 ab 發生，如圖 1 所示，液態 CO 2的等焓膨脹導致熱力學狀態 (b)，其中存在固氣兩相混合物。冷卻發生在第二階段，是從熱力學狀態 b 到 c 的等壓過程，通??過相變對流從表面帶走大量熱量。
在大多數使用干冰噴霧的應用中，目的是由于 CO 2溶劑特性來執行表面清潔 [6]。只有少數研究考慮其對表面影響的熱效應，更不用說它們在開發熱管理系統中的應用。對于低流速（0.236–1.18 l/s），Kim 和 Lee [7] 描述了穩態條件下的傳熱系數，測量值在 1 和3.5千瓦米-2K-1。對于h的最高值，停滯溫度在0°C和16°C取決于撞擊距離。事實上，將噴嘴出口處的距離增加到直徑的 5 到 20 倍（?=1毫米）導致h非線性下降40%。作者得出結論，干冰顆粒在 CO 2噴射冷卻中具有優勢，使其成為更適合冷卻應用的系統。然而，在某些應用中，CO 2顆粒噴霧冷卻受熱表面的時間很短，這意味著它在高度瞬態條件下運行。然而，文獻中仍然缺乏相應瞬態熱行為的分析，因此，這是這項工作的動機。
使用量級的質量流量～102G/s，目前的研究重點是擴散器出口和沖擊加熱表面之間多個距離的升華噴霧冷卻中的瞬態傳熱。設計的實驗可以量化干冰顆粒噴霧的冷卻潛力，評估其在模具瞬態熱管理中的潛在應用，探索釋放模制零件和關閉模具之間的可用時間范圍，然后通過實現顯著的熱量來開始另一個注射周期模腔表面的耗散。
在介紹性部分之后，以下內容描述了本工作中使用的實驗設置和方法。第 3 節探討了沖擊表面溫度的分布和時間演變、總熱通量和傳熱系數的結果，最后分析了冷卻去除的總能量和相應的熱效率。最后一部分除了根據本工作的成果得出一些結論外，還對升華噴霧冷卻正在進行和未來的研究進行了展望。
粉體技術第217卷，2021年2月，第607-631頁
應用沖擊干冰噴射過程中的顆粒去除過程
作者鏈接打開覆蓋面板劉以紅,平間大 輔,松坂 修二
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引用
https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.11.032獲取權利和內容
抽象的
在這項研究中，我們研究了干冰噴射去除粘附在表面上的細顆粒的應用，并檢查了去除過程。使用高速顯微鏡相機捕獲的圖像分析了去除效率、面積和頻率。此外，還測量了干冰噴射的溫度，以評估干冰顆粒及其對顆粒去除過程的影響。由于初級干冰顆粒及其附聚物的影響而導致的去除過程發生在對應于緩慢和快速顆粒去除的兩個階段中。 當在大約 − 70 °C的顆粒去除過程中團聚體的影響占主導地位時，可以實現高去除效率。此外，我們還研究了射流流速對去除面積和頻率的影響，并提出了一個系統參數來確定有效去除顆粒的最佳射流流速。 
圖形概要
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強調
? 我們研究了使用干冰噴射去除細顆粒的過程。? 我們通過顯微鏡觀察分析去除效率、面積和頻率。? 初級干冰顆粒及其附聚物的影響導致去除。 ? 在大約 − 70 °C時實現高去除效率 。? 我們提出了一個系統參數來確定去除的最佳噴射流量。
介紹
在工業制造中，表面清潔至關重要，因為產品表面的污染物會降低生產質量并降低產量；例如，電子設備制造過程中沉積的細顆粒通常會導致許多缺陷。然而，對細顆粒進行表面清潔并不容易，因為粘附力往往大于分離力，這使得它們的去除變得困難。如今，先鋒行業正在迅速產生技術創新，必須開發高效的清潔方法來滿足其要求；此外，此類清潔方法還必須滿足與工業過程相關的日益增長的環境問題。
清潔方法主要可分為兩類：分別使用液體和氣體介質的濕式清潔和干式清潔。濕法清洗表現出非常好的清洗性能，在工業界廣受歡迎。然而，通常使用對環境有害的化學添加劑（例如酸）??來增強濕法清潔性能。此外，濕法清洗后需進行干燥處理，排放或回收前需進行水處理；這增加了能源和成本消耗。因此，必須建立有效、環保且經濟的替代清潔方法。
一種流行的干洗方法涉及應用空氣動力學效應——空氣射流用于去除表面上的細小顆粒。先前已報道過許多關于此類顆粒去除程序的研究。此外，為了解釋顆粒去除效率的時間過程，Masuda 等人。[1]提出了一個模型，假設去除通量與粘附力小于分離力的顆粒數量成正比。大谷等人。[2]、[3] 表明連續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濕度對去除效率的影響。除了上述清潔系統之外，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相關的瞬態效應。
盡管噴氣干洗是一種簡單方便的工藝，但對于較小顆粒的去除效率有限。對于較小的顆粒，暴露于流過表面的空氣的面積較小，因此，它們不能輕易地通過空氣動力效應去除。為了克服這一困難，Hoenig [9] 證明，可以采用一種利用軟物質在表面流動的清潔系統來去除較小的顆粒。二氧化碳是最佳的軟物質，因為它可以在極其清潔的條件下獲得，并且成本較低且毒性較小。此外，由于干冰最終會在室內條件下升華，因此清潔后不會出現二次污染問題。
通過采用焦耳-湯姆遜過程使液態二氧化碳膨脹可以產生含有干冰顆粒的射流。由于撞擊射流中停滯區域的氣動阻力較弱，因此粘附在表面的顆粒不易被去除。然而，它們可以通過干冰顆粒的碰撞有效去除，從而提供足夠的動量傳遞。干冰噴射，即氣態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殘留物方面表現出良好的性能（Sherman [10]）。
Jackson和Carver [11]總結了干冰噴射的幾種可能的去除機制如下：（i）基于從干冰顆粒到污染物的動量傳遞的動力學分離，（ii）空氣動力阻力分離，（iii）由干冰顆粒引起的化學分離殘留物溶解成液態二氧化碳，以及（iv）由污染物與帶電干冰顆粒結合的運動引起的靜電分離。通過考慮作用在粘附于表面的顆粒上的力的力矩，研究了動力學和空氣動力阻力分離（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] 通過引入力矩平衡模型（滾動分離模型）和力平衡模型（滑動分離模型）研究了干冰噴射中的顆粒去除機制。他們得出的結論是，沖擊滾動去除所需的臨界去除速度遠低于滑動去除所需的臨界去除速度。然而，滑動去除也可以有效去除不規則顆粒（Banerjee 和 Campbell [19]）。
干冰顆粒的尺寸和形狀可以通過改變溫度和壓力等條件來控制。斯溫等人。[20]在膨脹噴嘴的末端安裝了一個隔熱室來制備干冰顆粒的團聚物。附聚顆粒可用于干冰噴射，因為它們升華的速度不如小顆粒那么快，而且較大的顆粒具有較大的動能