基于霜层测量的空气源热泵除霜技术研究进展

空气源热泵的高效除霜是技术难题,准确测量霜层厚度可为除霜控制提供最可靠依据。总结和分析了现有基于霜层测量的除霜技术手段,包括数字千分尺、游标尺、扫描探针显微镜、激光测厚、中子射线、光电转换、传感器、图像处理、声学信号和人工智能等,对其各自优势及局限性进行了比较分析,为今后空气源热泵基于霜层测量的除霜控制研究提供参考。

管翅式换热器迎风侧翅片末端霜层生长模拟研究

基于管翅式换热器迎风侧翅片末端存在霜层生长的现象,建立其迎风侧翅片末端霜层生长模型。模拟结果表明,霜层沿气流反方向生长速度最快,且其生长速度随与气流反方向夹角θ的增大而不断减缓,霜层密度及霜层表面温度亦随着θ的增大不断减小,霜层整体呈流线型。3600 s后,θ=0°处的霜层厚度及密度分别是θ=90°处值的1.47倍和1.23倍,前者霜层表面温度比后者高2.2℃。研究成果有望指导提升管翅式换热器的防霜性能。

不同条件下霜层生长特性的实验研究

针对设备冷壁面与湿空气接触会发生结霜现象,导致设备使用性能降低的问题,对不同条件下的霜层生长的影响规律展开研究。通过实验研究了变温和恒温冷壁面温度、环境温度与霜层生长过程和结霜质量之间的关系。结果表明:在冰颗粒形成期,变温冷壁面结霜为凝结过程,恒温冷壁面结霜为凝华过程,在结霜过程后期,由于变温冷壁面温度已降至低温,会伴随凝华成霜,凝结成霜与凝华成霜并不是独立出现的;变温冷壁面温度降低越快,恒温冷壁面温度越低,对结霜越有利;环境温度在26℃以下时,温度越高,结霜效果越好,而处于30℃左右时则会抑制霜枝顶部生长。因此,抑制霜层生长的研究应该关注这些因素的影响。

基于语义分割的冷库排管霜层厚度测量研究

针对冷库霜层厚度监测过程中常处于低光照、多障碍的环境,严重影响图像质量与霜层厚度测量精度的问题,提出了一种基于语义分割的冷库排管霜层厚度测量方法。首先将语义分割算法引入图像处理中对采集所得的低光照霜层图像进行像素分割,以消除低光照环境对图像质量的影响;其次对排管霜层的结霜区域进行Canny边缘检测,并结合霍夫直线检测算法,实现对霜层区域的提取;最后利用冷库排管的实际尺寸与结霜区域像素宽度比例关系确定霜层厚度。实验结果表明,文中所提方法能够有效计算低光照、多障碍环境下的冷库排管霜层厚度,计算所得的霜层厚度相对误差仅为1.88 mm,对冷库排管霜层监测工作具有一定的参考价值。

环境参数对空气源热泵蒸发器表面霜层影响研究

对一台空气源热泵翅片管蒸发器表面结霜特性进行了实验研究,分析了室外环境温度和相对湿度对霜层的形态、平均密度、总平均密度及动态密度的影响.实验结果表明:室外环境温度的降低或相对湿度的增加将促使换热器表面霜层在生长过程中形成针状霜晶,乃至形成绒状霜层;在高温、高湿度工况下,霜层表面出现凝结水滴,使得霜层密度增大.在霜层减速生长段,霜层平均密度随结霜时间呈增大趋势,而在霜层加速生长段,霜层平均密度随结霜时间迅速减小,且动态霜层密度远远小于霜层平均密度.对环境参数不同而霜层厚度相同的霜层平均密度进行比较发现,其随环境温度的升高及相对湿度的减小而增大,且相对湿度的影响在低湿度工况下更为显著.

基于分形理论的翅片管气化器霜层热导率

基于分形理论的DLA模型,数值模拟了翅片管气化器表面霜层生长过程,同时对霜层生长形态进行了实验观测,得到了不同时刻的霜层生长图像。计算了气化器表面霜层剖面孔隙面积分布分形维数与分形孔隙率,模拟图像与实验图像的对比表明两者取得良好的一致,验证了数值模拟的合理性。在此基础上建立了霜层导热的分形模型,采用热阻法给出了霜层热导率表达式。计算结果表明,用该方法确定的霜层热导率与实测得到的霜层有效热导率值域范围是相符的。并通过与其他导热模型的比较,验证了将剖面面积分布分形维数引入导热模型以确定霜层热导率的可行性,从而为霜层热导率的理论研究开辟了一条新路。

空气源热泵蒸发器表面霜层生长特性实验研究

在室外环境空气温度-15℃～5℃、相对湿度65％-90％范围内，对一台空气源热泵室外换热器表面霜层生长特性及热泵系统动态性能进行了实验研究。实验结果表明，翅片表面霜层厚度呈分段增长模式，在结霜初始段，霜层主要由粒状冰晶组成，并逐渐形成柱状冰晶，其厚度增长较快；在第二阶段为柱状冰晶主要在其半径方向生长，霜层厚度增长速度减慢；而在第三阶段，柱状冰晶主要在其高度方向生长，逐渐形成针状冰晶，霜层厚度增长速度迅速增大至第二阶段的3-5．8倍。对实验结果的分析表明，热泵机组性能恶化主要是由于蒸发器表面温度下降、霜晶形态变化引起霜层厚度快速增长及空气流动阻力增加导致风机流量下降三个因素之间形成的恶性循环所致，其中换热器表面温度下降引起的霜晶形态变化起到了至关重要的作用。

自然对流状态下深冷竖直平板霜层导热系数实验研究

利用设计的竖直平板结霜实验台,对自然对流状态下竖直平板表面非稳态结霜过程进行了动态描述,分析了霜层厚度变化规律,描述了湿空气在竖直平板附近的流动状态及温度分布。基于实验观测,把竖直平板非稳态结霜过程分为沿平板法线方向增厚和沿平板切线方向推进两个阶段。利用最小二乘法,拟合了竖直平板霜层导热系数在推进阶段随推移距离的关系式。通过反复实验,不断完善数据,可使拟合结果具有更高的适用性,也为工程设计提供依据。

霜层综合导热系数的研究

提出了霜层综合导热系数概念。认为霜层导热系数除了应考虑霜层结构复杂性还应计及蒸汽凝华潜热释放的影响。从霜层能量平衡分析出发，导出霜层综合导热系数是霜层有效导热系数和蒸汽有效导热系数之和。据此计算的霜层综合导热系数与实验数据符合较好。

翅片换热器表面霜层质量生长特性及平均堵塞率的试验研究

通过搭建翅片换热器表面结霜可视化试验平台,采用称重法对霜层质量进行监测,研究了载冷剂温度等对翅片换热器表面的霜层质量生长特性,并首次提出翅片平均堵塞率概念,分析了各参数对霜层质量生长特性及翅片平均堵塞特性的影响。结果表明:在相同时间内,迎面风速越大结霜量和翅片平均堵塞率就越大。平均堵塞率随着迎面风速的增大,其达到稳定的时间逐渐延后;载冷液温度对霜层质量和翅片平均堵塞率的影响分为先促进后抑制两个阶段;翅片换热器结霜霜层厚度存在不均匀现象,表现为沿湿空气流动方向由厚转薄。

计算表面霜层厚度的简化模型

根据斐克分子扩散定理及能量、质量守恒原理，提出一种表面霜增长的简化模型。计算表明，模型与实验数据和其它结霜模型相当吻合，能够较真实地预估霜的成长规律。

不同孔隙率下霜层导热系数的理论模型

本文对霜层的结构进行了分析,认为可以用霜柱-多孔模型来表示霜层的结构。在逾渗理论的基础上,对多孔部分的导热系数进行讨论。指出由于霜晶体的不断生长,在临界点会形成大的连通体,从而导热系数与高孔隙率下有着不同的规律。以临界孔隙率为分界线,分别导出了不同孔隙率下霜层导热系数的通用数学表达式。与其他模型的比较表明,本模型没有孔隙率范围的限制,同时也比较符合实际。

冻藏间冷却排管霜层传热效应的研究

本文实地调研了冻结物冷藏间冷却排管的结霜速度和相应的霜层密度及影响结霜速度的主要因素。在此基础上进一步研究分析了 :(1)在蒸发温度不变条件下霜层厚度与传热系数的关系。 (2 )在保证排管冷量不变和库温恒定的条件下 ,蒸发温度、传热系数和制冷系统COP等重要性能指标随霜层厚度的变化关系。分析计算结果表明 :冻藏间的冷却排管霜层厚度的过度增加会严重地影响排管本身的传热性能和制冷能力 ,降低制冷系统的COP。

霜层导热系数的实验研究

实验研究水蒸汽凝华结霜过程中在冷壁面上形成的霜层的导热系数，并以此验证作者曾提出的霜层导热系数的理论结果．

绕片式冷风机霜层分布的理论计算

利用计算机模拟冷风机在冷藏库中的实际运行工况，从理论上计算了霜层在冷风机翅片上的分布及生长规律和冷风机风量及压降随时间的变化规律，并和实测值作了比较。

霜层生长图像的数字化处理以及定量分析

分析实验获取的霜层显微图像,为建立霜层结构模型提供基础。首先采用小波变换的方法去除图像中的噪声,随后使用最大类间方差法求得了合适的门限值,对图像进行灰度级门限化分割,将原图像转换为二值图像。通过对二值图像的分析,可以得到霜层的高度、固含率、冰晶体沉积量以及冰晶体在不同高度的分布等参数。结果表明,数字图像处理技术是研究霜层生长初期冰晶体结构的一种可行手段。

霜层生长过程的神经网络仿真模型研究

利用神经网络的强非线性映射能力 ,对已公开发表的实验数据作了结霜过程的智能化仿真研究。

深冷壁面霜层生长的数值模型

文中对深冷壁面结霜过程进行了理论研究。综合考虑对流传热、相变潜热和辐射传热的影响,通过质量平衡、能量平衡,采用准稳态的方法建立了深冷表面的结霜过程数学模型及计算求解方法,研究了霜层生长规律、霜层物性和结霜过程传热量等随时间的变化规律。提供了一种能够进行深冷工况霜层生长规律和霜层物性预测的计算方法。

表面浸润性对霜层生长过程影响的实验研究

本文通过表面喷枪喷涂和恒温烘箱烘烤相结合的方法在铜片表面制作了两种接触角的疏水表面。水浴疏水表面的接触角最高可达145°。搭建显微可视化平台观察了不同接触角冷表面上水珠的形成、冻结和霜晶的生长过程,并与普通冷表面进行了对比,结果表明,超疏水表面显著延迟了冷表面霜层的出现时间,而且结霜后仍可有效抑制霜层的生长。最后从霜层生成机理和相变动力学角度分析了疏水表面延迟水珠冻结时间和抑制霜层生长的原因。

油性涂层对霜层生长影响的实验研究

为了研究油性涂层对霜层生长的影响规律,本文运用可视化结霜实验平台,对比研究了导轨油、防锈油及工业半固体黄油三种涂层壁面与无油壁面的霜层生长特性,获得了不同时刻霜层高度和结霜质量的变化规律,并分析了黄油涂层壁面温度和迎面风速对霜层生长的影响。结果表明:三种不同的油性涂层都会延迟霜晶体形成的时间。在壁面温度为-25℃和无风速的条件下,油性涂层壁面上由于热阻较大,没有霜枝形成期,而是进入霜柱形成期。防锈油和无油涂层壁面上皆为凝华结霜,而导轨油涂层壁面上为凝结结霜。随着冷壁面温度的降低,黄油涂层壁面上形成的霜层高度和结霜质量逐渐升高。在相同时间内,无油壁面的结霜高度和结霜质量依次大于防锈油、导轨油和黄油涂层壁面。在40分钟内,黄油涂层壁面上的迎面风速小于3.9 m/s时,结霜高度始终随着迎面风速的增大而增大;当风速大于3.9 m/s时,风速的增大会缩短结霜高度持续增长的时间。