冬季时,我国大部分地区的气温都会降至0℃以下,北方地区如黑龙江、内蒙古和新疆等地的温度甚至会降至-10℃左右。在上述地区工作的风力发电机组和输电线路,遭遇雨雪天气容易出现表面覆冰问题,严重时将发生安全事故,造成经济损失甚至人员伤亡。在高空中飞行的航空飞机,由于气温低,飞机遇到过冷云团也会受到结冰问题的困扰,导致飞行安全隐患增大。因此,对于工作在低温环境下的设备,在投入使用前须进行覆冰状态实验,确保设备工作的稳定性和安全性。本文以某工程项目需求为背景,重点探究如何在实验件表面获得不同类型、均匀、可重复的冰层。首先,设计并搭建喷雾结冰实验台。参考结冰风洞和气候环境实验室所使用的喷嘴类型,再根据背景项目实际需要,选择合适的喷嘴型号。根据喷嘴所需供水、供气参数选择相应的供水、供气设备,匹配能够提供足够冷量的冷库,并选择相应量程范围的各类传感器,用于监测实验过程中的温度、压力等参数。其次,对喷嘴的喷雾特性进行测量分析。使用气体质量流量计与齿轮流量计分别测量不同喷雾工况下通过喷嘴的气体和液体流量,标定喷嘴处于正常工作状态下的参数区间。使用激光粒径分析仪和流量收集装置分别测量喷嘴入口不同水、气压力组合下的喷雾粒径和水流量分布特性。使用Christiansen均匀系数UCC和统计均匀系数UCS衡量侧面喷雾水流量分布的均匀性,便于为结冰实验选择出均匀性更好的喷雾工况。最后,研究喷嘴喷雾的结冰特性。将喷嘴与实验件均放入冷库中,对水路管道缠绕电伴热带与保温棉进行加热保温,防止管路冻堵,保证正常喷雾。通过调节喷嘴水、气管路入口压力改变喷雾水流量分布与喷雾粒径,匹配不同的低温环境温度,最终在实验件表面得到不同结冰类型的冰层,并对相应的工况进行实验可重复性验证。再对背景项目所需要的结冰效果进行工况探索,为项目的设计实施方案选择提供实验和理论分析支持。