强制对流下翅片管蒸发器表面结霜实验

翅片管蒸发器表面结霜是阻碍制冷系统高效运行的主要不利因素之一。利用恒温恒湿箱搭建强制对流下蒸发器翅片管表面结霜可视化实验平台,在环境温度0~8℃、相对湿度55%~75%及迎面风速0.8~2.4 m/s时,实时记录霜层动态生长过程,研究了环境温度、相对湿度和迎面风速对霜层生长特性及蒸发器换热性能的影响规律。结果表明:环境温度和迎面风速是影响蒸发器结霜的主要因素,结霜50 min,环境温度为0℃的霜层厚度比环境温度为8℃的提高了12.78%,迎面风速为2.4 m/s的霜层厚度比迎面风速为0.8 m/s的提高了14.66%,结霜量与换热量提高趋势相同。在结霜初期,相对湿度越大,换热量越大;结霜后期,相对湿度越小,换热量越大,并得到了换热量关于环境参数与时间的相关关系。

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。

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。

霜层冰晶体的生长模拟及其热导率的计算

目前对霜层热导率的研究中,大多把霜层看作均匀的结构,而实际上霜层的热导率不仅取决于密度,同时也受霜层结构的影响。本文分析了实验观察到的霜晶体结构,提出了不同阶段的霜层生长模型,并采用计算机方法模拟这个过程。以模拟所得的霜晶体结构为基础,对每个节点列出了能量平衡方程,进而求得了霜层的热导率。结果表明,这种模拟方法较准确地反映了霜层中晶体的生长过程,计算所得的热导率也反映出霜层不同生长阶段的特点。

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。

基于成霜驱动势冷板霜层生长的数值研究

文章从相变驱动势的角度出发修正湿空气-水冷凝速率,以霜-气界面上过饱和水蒸气与霜域内水蒸气的浓度差作为成霜驱动势,建立湿空气-霜的相变率表达式导入到Fluent中,并耦合软件中的欧拉两相流模型实现湿空气相到冰相的质量传递,同时从霜的平均厚度和霜层质量2个方面验证模型的合理性。模拟结果表明:霜-气界面上湿空气温度随着时间增加而升高,过饱和水蒸气质量分数下降,导致从冷板前端到尾部的水蒸气浓度差逐渐减少,且水蒸气浓度差在冷板截面x=20 mm到x=25 mm之间下降速率最大,为15.6%;在2 h以内,霜层平均厚度增长较快,湿空气主要用来增加霜的厚度,在2~3 h之间,冰晶体积分数增长迅速,尤其是在冷板截面x=10 mm处,从0.08632增长到0.17130,增加了98.4%,即此时湿空气主要用来增加霜密度。该文的研究对探究融霜的位置和时间具有重要意义。

冷面霜层生长过程及其抑制对策实验研究

针对目前制冷设备在制冷过程中易结霜导致蒸发器外侧的换热热阻增加,传热系数降低等问题,课题组进行了憎水性抑霜涂层的研究。设计了采用半导体制冷方式的试验装置,通过与温度传感器连接的温控器来控制并实时测量冷表面温度,采用体视显微镜对结霜过程进行观测并测量出霜层在每个时刻的厚度变化,并在显微镜上连接CCD摄像头,将放大的图片通过视频电缆传输到计算机。对比实验表明:憎水性表面能有效延缓霜晶的形成,且在一定时间范围内,憎水性表面霜层的厚度始终小于普通铝表面。同时,运用热力学理论分析了憎水性表面霜层生长较慢的原因,当接触角达到极限180°时,冰晶就不能粘附在冷表面上。因此憎水性涂层能够有效抑制霜层的生长。

图像处理在管内结霜厚度测量中的应用

在深冷条件下 ,换热器管内高速含湿气流有可能在换热表面结霜 ,进而发生霜吹除和霜崩塌 ,影响换热效果 ,堵塞进气道 ,危及流动 .为观察管内流动结霜的图象与生长特性 ,测量其霜层的厚度 ,引入了 CCD(Charge- Coupled Device)摄像系统和图像卡 ,利用图像处理中的边缘检测、噪声抑制和图像分割等技术 ,实现了一个管内结霜霜层厚度动态监测系统 .该系统可实时记录结霜图像 ,在进行相应的图像处理后计算出霜层厚度 .

室外换热器迎面风速对空气源热泵结霜特性的影响

对不同迎面风速条件下空气源热泵系统室外换热器表面霜层生长特性进行了实验研究,测量了翅片表面动态霜层厚度、换热器结霜量,显微观察了霜晶生长过程。实验结果表明,迎面风速的降低使得空气源热泵机组室外换热器表面霜层厚度加速增长,结霜周期随迎面风速的下降呈近乎线性地减小,而且相对湿度越低,结霜周期下降的速度越快;因此,减小室外换热器迎面风速将恶化空气源热泵机组结霜∕除霜周期中的平均性能。对霜晶形态的显微观察发现,低迎面风速工况下霜层厚度增长速度加快的原因是由于空气源热泵蒸发器壁面温度降低造成的霜晶形态的改变,翅片表面柱状冰晶始终在高度方向快速生长,这种现象与低环境温度工况下翅片表面霜晶生长形态类似。换热器总结霜量随迎面风速的减小而下降,造成霜层平均密度降低。

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.

低温冷风机结霜特性的研究及其融霜方法的改进

以华中地区某禽类加工厂冻结间的冷风机为研究对象,建立数学模型,对结霜工况下冷风机运行特性进行了理论分析。模型和实验测得的霜层厚度的平均偏差8.99%,吻合较好。阐述了随着霜层的生长,空气冷却器的传热面积、传热系数以及空气侧压降的变化规律。进一步分析了冻结间内空气相对湿度、冷风机进口空气干球温度以及迎面风速等对霜层生长的影响。并遵循尽量减少初投资、节能、实用为选择改进的原则,结合企业生产工序及冻结间运行的实际情况,对原融霜方式提出改进方案。

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。

竖直星型翅片管结霜的实验研究

星型翅片管结霜是影响空浴式汽化器性能的一个重要因素。在不同的环境温湿度条件下,通过改变汽化介质的压力和流量,研究竖直星型翅片管的霜层生长规律,以及结霜对翅片管的传热性能的影响。研究发现,霜层的生长与环境温度,空气湿度,介质流量、压力等因素都有关系,其中空气湿度的影响尤为明显。结霜过程是个非稳态过程,霜层的生长会降低翅片管的传热性能,从而降低翅片管的出口气体温度。通过对竖直星型翅片管结霜性能的研究,对优化环境参数、发挥气化器最大性能,确定除霜方法都具有重要意义。

不同涂层表面对结霜过程影响的实验研究

针对寒冷潮湿地区使用空气源热泵蒸发器表面结霜严重这一现象,通过蒸发器表面处理技术,改变材料的表面特性,抑制翅片结霜,从而减少翅片的结霜质量。本实验即研究翅片样品涂覆上不同的抑霜涂层后与未涂覆作对比,实验结果表明在环境温度为18℃,相对湿度为60%的条件下,结霜质量2号铝箔翅片(普通涂层铝箔翅片)比1号铝箔翅片(普通铝箔翅片)减少6%,而3号铝箔翅片(纳米材料涂层铝箔翅片)减少15%;把相对湿度改变为70%的条件下,结霜质量2号铝箔翅片比1号铝箔翅片减少5.8%,而3号铝箔翅片减少16%。

翅片管换热器表面结霜特性的模拟研究

空气源热泵系统具有显著节能效果,但在实际应用中存在一定局限性,主要表现为冬季供暖时,室外蒸发器表面易结霜从而影响系统的性能。翅片管换热器表面霜层生长是一种复杂的传热传质过程。本文建立了湿工况下霜层生长模型,模拟研究翅片管表面霜层生长,分析结霜过程中霜层厚度、空气侧压降、霜层密度、空气流量、结霜量、换热量、霜层—湿空气界面条件(霜层表面温度及界面水蒸汽分压力差)等霜层生长特性的变化。

空气源热泵蒸发器结霜分布实验研究

在不同的迎面风速下对空气源热泵室外蒸发器表面霜层生长特性进行实验研究,得到了翅片管蒸发器翅片霜层厚度、结霜密度随时间变化规律并记录了霜晶生长过程。实验结果表明,较小的迎面风速使空气源热泵蒸发器表面霜层厚度增长速度较快,结霜周期更短。对霜晶形态的观察发现,低迎面风速工况下霜层厚度增长速度快是由于翅片表面柱状冰晶始终在高度方向快速生长且没有霜晶被吹落的现象,造成霜层平均密度降低。较高的迎面风速工况下存在霜晶吹落现象,霜层厚度增长较慢且密度较大。

水平冷面霜层生长的模拟

换热器表面结霜会造成热阻增加、空气流道堵塞等危害。本文对水平冷面上霜层生长过程进行数值模拟。结果显示:霜层平均高度和密度均随时间增长,冷面前沿处水蒸气浓度高,相转移速率快,霜密度较大;霜层内部热传递以导热为主,霜层外以对流换热为主,霜层界面处温度曲线出现拐点。模拟结果与实验结果的对比显示:霜层平均高度90%以上的数据在-15%到+40%的偏差范围内,霜层质量所有数据点在-30%到+20%的偏差范围内。

基于分形论的霜晶生长模型及计算机模拟

以分形理论的DLA模型为基础建立了霜晶生长的二维模型,并进行计算机模拟.模拟过程中通过改变程序运行循环次数和随机粒子产生的几率从而得到不同条件下霜晶形成及生长过程的模拟图像.利用显微镜对霜晶体的形态进行观察并结合高像素数码相机拍摄到霜晶形成及生长过程中不同时刻的图像.模拟图像与实验图像的对比结果表明两者在形态上取得较好的一致,分形维数相近,从而证实采用程序运行的循环次数来代表霜晶生长时间,通过改变产生随机粒子的几率来模拟霜晶生长过程的密度变化的技术路线是可行的.研究结果表明,用这种分形理论模型模拟霜晶形成及生长过程能够取得较好的效果.论文也对该模型的不足做了客观的分析.

霜晶生长的界面演变及机制分析

为了认识冷面结霜的微观机制,对霜晶生长过程中的各种界面演变现象进行了研究。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜晶的形成机制;利用界面稳定性理论分析指出:温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长的主要因素,两者的竞争耦合作用是产生相变和霜晶各种界面演变现象的根本原因;建立了霜晶生长速率与霜晶表面温度及水蒸气分压力相关的数学模型。计算结果表明:随着霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加,霜晶生长速率增大,这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的。

翅片管换热器结构对霜层生长特性影响研究

以50%的去离子水-乙二醇溶液作为制冷剂,用显微测相法测量翅片表面的霜层厚度,实验研究了换热器结构对翅片管式换热器的结霜性能的影响。实验结果表明:对于不同翅片间距(1.6mm—2.8mm)的换热器,当翅片间距为1.9mm时,换热器的平均换热量最大,且相对运行稳定,换热器的性能最优。采用平片时,换热器表面霜层生长较慢,但是其换热量较小,工程实践中不宜采用;采用波纹片时,换热器换热量较大且稳定性较好;在不结霜的情况下,开窗片换热器性能优于正弦波纹片与平片。