铝基波纹表面结霜特性实验研究

本文针对铝基波纹翅片换热器广泛应用及结霜问题,基于相变驱动力分析结霜机理,实验研究了在不同冷表面温度(-5～-15℃)、空气温度(11～17℃)、空气流速(1.5～2.5 m/s)等工况下,铝基裸铝波纹表面的结霜情况,观察了铝基波纹表面上霜层生长过程中的微观形貌,并采用田口实验法分析了环境因素对表面结霜情况的影响。结果表明：环境因素的改变会对铝基波纹表面结霜产生不同程度的影响,以波纹角度11.3°为例,结霜60 min时,与冷表面温度为-5℃相比,冷表面温度为-10℃和-15℃时结霜量分别增长12.20%和31.28%,霜层厚度分别增长19.95%和47.24%。田口实验法分析表明：相比湿空气温度和空气流速,冷表面温度和湿空气相对湿度对波纹表面结霜特性影响相对较大,对波纹表面结霜量的贡献率分别为37.3%和31.8%,对霜层厚度的贡献率分别为61.1%和22.6%。空气流速对结霜量的贡献率为22.6%,而对结霜层厚度的贡献率仅为4.2%,表明空气流速对霜层的致密化作用较大。     

疏水性对竖直冷表面上自然对流结霜特性的影响

本文采用控制表面氧化法制备超疏水表面(153. 2°),并对自然对流条件下竖直放置的超疏水表面与裸铜表面进行可视化结霜实验,观察并对比实验初期有液核与无液核生成成霜时疏水性对结霜过程的影响,研究了疏水性对结霜的影响随冷表面温度(-50～-30℃)、空气相对湿度(30%～70%)的变化规律。结果表明,有液核成霜时,超疏水表面具有显著的抑霜效果;无液核成霜时,疏水表面不再具有抑霜效果,反而超疏水表面霜晶生长更为密实;疏水性对无液核成霜过程的影响随空气相对湿度的增大、冷表面温度的降低而减弱;从云物理学与核化理论角度分析了无液核生成时超疏水表面霜晶分布更密的原因,发现实验制备的超疏水表面上凹坑与CuO晶体颗粒为凝华核化提供了有利位置。     

自然对流条件下冷表面结霜的实验研究

本文利用微观可视化观测方法,实验对比研究了裸铝(接触角78°)、疏水（接触角141°）和亲水(接触角26°)三种特性表面结霜过程。结果表明,当相对湿度为26%,表面温度为﹣10 ℃时,相比于裸铝表面,疏水表面可以延迟结霜29 min;当温度降至﹣18 ℃,疏水表面仍具有较好的抑霜效果。1 h后,疏水表面上的霜层高度仅为裸铝表面上霜层高度的68%。当表面温度为﹣26 ℃时,3种不同接触角的表面上初始霜晶的形态差异较大,疏水表面倾向于形成更加稠密的沿水平方向生长的枝状霜晶并向片状转变,而亲水表面则倾向于形成沿竖直方向生长的稀疏的针状霜晶,随着空气中水蒸气向霜晶扩散凝华,针状霜晶从顶部向底部逐渐向片状霜晶转变。     

低温罩表面结霜过程数值模拟

对低温罩表面结霜过程进行了数值模拟研究。通过能量和质量平衡方程建立了低温罩结霜的物理模型,考虑了霜层厚度增加的传质和传热过程。据此分析了来流空气的温度、相对湿度、速度及冷壁面温度对霜层表面温度和霜层厚度的影响。计算结果表明,来流空气的温度及冷壁面温度对结霜的影响较大,而来流空气的速度和相对湿度对结霜的影响则较小。最后指出了对低温罩在加注低温液体时采取隔热防霜措施的必要性。     

低温结霜模型及影响因素的分析

分析结霜因素,有助于加强理解霜的形成及防止方法.在假设条件的基础上,通过考虑能量和质量的平衡建立结霜的物理模型,分析了进口空气的温度、相对湿度、速度及冷面温度对结霜的影响,包括结霜量及霜层厚度.计算结果表明来流空气的温度与及冷表面温度对结霜影响较大,而来流空气的速度影响较小.     

透明超疏水表面的制备与抑霜性能研究

本文介绍了一种透明超疏水表面的制备方法,并在冷表面温度(-3-5℃).相对湿度(20%-60%)下研究了其抑霜性 能。结果表明:用纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷制备的透明超疏水玻璃表面的最大接触角可达到154.1,透光性能良好;在自 然对流条件下竖直放置的超疏水玻璃表面有良好的抑霜效果,形成的霜层先是呈麦穗状,后期呈无规则分叉状,这与普通玻璃表 面上先是花簇状,后期是霜晶呈六边形的霜层形成鲜明对照;接触角随纳米二氧化硅质量呈倒U型曲线关系,最佳质量为0.067 g/cm2,修饰玻璃表面可维持700s表面不结霜,与普通玻璃表面结需出现时间相比题长了66.7%;发现随着湿度增大,雷晶枝晶 生长越明显,超疏水表面上霜层霜晶生长的方向性越明显。     

低温管路管外结霜过程的数值模拟研究

采用多孔介质法,构建了低温圆管壁面结霜的非稳态数学模型,对低温圆管壁面霜层的生长过程进行了数值模拟,研究了结霜过程的非稳态传热特性,并对壁面温度、管径以及相对湿度、气流速度等影响因素进行了分析,获得了霜层厚度、换热热流密度与霜层表面温度与各影响参数之间的依赖关系。结果表明:霜层厚度与密度的预测值与文献实验数据吻合良好;对流换热在结霜过程中起主导作用,总的热流密度随着霜层厚度的增加而减小;圆管壁面温度越低,圆管直径越大,相对湿度越高,霜层厚度越大;与强制对流条件相比,自然对流条件下形成的霜层更厚,表面温度更低。     

电场作用下竖直板表面特性对霜层生长的影响

研究了自然对流条件下直流电场对竖直表面上霜晶初始形态的影响，拍摄了不同电场下的霜晶形态，研究发现，在成霜初期，电场越强，冷壁面上形成的水珠越小。当水珠完全冻结后，所形成的冰柱在一定时间内不断增大。在适当的电场下，亲水表面比裸铜表面能够更好地抑制霜层的厚度。对亲水表面结霜质量的研究表明，电场使结霜质量增加，并且结霜质量随着电场的增大而增大。     

翅片结构对换热器结霜特性影响的实验研究

本文对空气源热泵的翅片管换热器表面霜层生长特性进行实验研究,通过红外热像仪对霜层表面温度进行测量,并用热电偶直接测量装置进行校核。分析了平片,波纹片,条缝片3种翅片类型及翅片节距对霜层厚度、结霜量、换热量的影响,并用霜层-湿空气界面条件等作为传热及传质驱动力分析了霜层生长规律。实验结果表明,波纹片及条缝片翅片换热器界面传热、.传 质驱动力高于平片,造成其表面霜层生长速度大于平片,而在结霜后期条缝片霜层生长速度显著加快;在3种翅片中,条缝片表 面结霜周期最短,而平片表面结霜周期最长;波纹片换热器的平均换热量最大,比条缝片、平片换热器分别高出0.61%,2.67%;翅片节距对界面传热.传质驱动力的影响较弱,但翅片节距越大,其表面霜层厚度增长越快且结霜周期越长,大节距翅片换热器 表面霜层较为疏松。综合考虑结霜-除霜周期中换热器平均换热量及空气侧阻力,结霜工况下波纹片换热器最佳翅片节距约为2.2 m。     

磁场对铜板冷表面抑霜的可视化研究

为了研究弱磁对凝结液滴冻结和结霜过程的影响。通过在冷表面两侧施加永磁铁的方式,探究磁场(0—70 mT)和液滴冻结时间、大小、霜厚及结霜质量的关系。实验结果表明:在相同的工况下,随着磁场强度的增加,冷表面上发生液滴冻结的时间逐渐延长,但随湿度增加到一定程度时,液滴冻结的时间与磁场强度的关系并不是呈线性关系;另外,在不同磁场强度下,冻结液滴的尺寸不同;在结霜过程中,霜层生长的速度随着磁场强度的增加而变缓,结霜质量随之减少。以上的结果表明,一定的磁场强度对冷表面上液滴的冻结和霜层的生长均能起到一定的抑制作用,但随着冷表面温度的降低和环境湿度的增加,磁场对液滴冻结和结霜过程的抑制作用会减弱。     

Experimental investigation of adverse effect of frost formation on microchannel evaporators,part 1: Effect of fin geometry and environmental effects

This study experimentally investigated the frost growth on louvered folded fins in microchannel heat exchangers when used in outdoor air-source heat pump systems. The effects of surface temperature, fin geometries, and air environmental conditions were studied. The overall aim was to isolate and quantify the effect of geometry from surface temperature effects. Experimental data of frost weight, local frost thickness, air pressure drop across the coils, time of frost–defrost cycles and heat transfer rates were recorded. Data showed that the frosting time and the frost growth rates depended mainly on the local fin surface temperature. Lower fin density was beneficial because it delayed the blockage of the air flow. The fin length and fin depth had minor effects on frosting performance. The air humidity had a fairly significant effect on rate of frost formation while air velocity seemed to have a small effect on the frost growth rate.     

结霜工况下空温式翅片管气化器传热试验研究

为深入掌握低温液体在空温式翅片管汽化器内的气化情况以及其与翅片管表面霜层生长的相互影响规律,以液氮为介质进行了低温液体在空温式翅片管气化器内的气化试验。通过热电偶和刻度带分别对翅片管上不同位置的温度和霜层厚度进行了测量,并分析了翅片管表面霜层的生长规律及翅片管内低温液体的流动特性。结果表明:气化器表面结霜过程受冷表面温度影响较大,冷表面温度越低,结霜速率越大,霜层越厚。结霜工况下的气化器工作状态分预冷和稳态两种工作状态。预冷工作状态低温液体进入气化器后迅速气化,其过程包含气液两相和单气相两个换热段。稳态工作状态低温液体在气化器内气化经历单液相、气液两相、单气相三个换热段,单液相段翅片管表面结霜最为严重,单气相段翅片管表面无霜晶形成。因此认为,可通过分状态分段设计空温式翅片管气化器从而减弱结霜对翅片管传热的影响,提高气化器换热效率。     

Experimental investigation of the surface temperature and water retention effects on the frosting performance of a compact microchannel heat exchanger for heat pump systems

Frost formation on a louvered fin microchannel heat exchanger was experimentally investigated in this paper with the aim of determining the dominant factors affecting the time of frosting and frost growth rate. A novel methodology was developed to measure frost thickness and frost weight at intervals during the frosting period. Frost mass and thickness growth rates, corresponding coil heat transfer, capacity degradations and air pressure drop are measured and discussed. The experimental data showed that at a given air dry bulb temperature, the fin surface temperature and air humidity are the primary parameters that influence the frost growth rates. Water retention and air velocity had a secondary impact on the frosting performance. From digital images of the frost growth it was observed that frost does not nucleate from the water droplets retained in between fins but it developed from the leading edges of the fins.     

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。     

An experimental study on frosting of laminar air flow on a cold surface with local cooling

This paper presents the heat and mass transfer characteristics of the humid airflow in frosting conditions. A flat plate of aluminum with cooling modules at the central region was used for the simulation of flat surface part of the fin of the heat exchanger. The local surface temperature of the plate and the local thickness and total mass of the frost on the plate were measured to analyze the heat and mass transfer characteristics. In order to analyze the frosting characteristics, an analysis algorithm was developed, which can provide the local air temperature, the frost surface temperature, the sensible and the latent heat flux distributions at the test plate. Also, by integrating the local heat flux distribution, the average heat flux characteristics were analyzed. The present experiment and analysis found that the characteristic of the upstream airflow was very different from that of the downstream airflow.     

微通道换热器结霜特性及换热性能实验研究

结霜是制约微通道换热器在制冷及空调系统应用的主要因素之一。针对微通道换热器结霜问题,本文基于相变驱动力分析了结霜机理,观察了不同环境因素下冷表面霜层生长形貌,并实验研究了湿空气温度、含湿量、气流速度及冷却液温度对微通道换热器结霜特性及换热性能的影响。结果表明:湿空气含湿量及气流速度是影响微通道换热器结霜的主要因素,结霜时间为15 min,含湿量为5.75 g/(kg干空气)工况下,换热器表面结霜量比含湿量为3.58 g/(kg干空气)时提高了63.87%;气流速度为2.5 m/s工况下,换热器表面结霜量比气流速度为1 m/s时增加了55.4%。随着结霜时间的增长,湿空气温度、冷却液温度越低,含湿量、气流速度越大,换热量下降趋势越明显。     

室外环境参数对空气源热泵翅片管蒸发器动态结霜特性的影响

对一台空气源热泵空调器在不同环境条件下室外换热器的动态结霜性能进行了实验研究，分析了进风温、湿度对热泵空调器结霜量及霜层厚度的影响。实验中考虑了结霜引起的热泵系统蒸发温度及风机流量的变化，采用显微照相法测量翅片表面霜层厚度，结霜量则通过测量蒸发器进出口含湿量的方法来获得。实验结果表明，室外换热器结霜量随时间线性增长，而翅片表面霜层厚度则分为初始段、匀速增长段和快速增长段三个阶段；在结霜循环的最后20％～30％的快速增长段内霜层生长速率大大加快，可达匀速生长段霜层生长速率的2．4，3．3倍。对于不同的工况，蒸发器均在进风温度0～3℃附近时结霜最为严重，且相对湿度对霜层厚度的影响要大于对结霜量的影响。     

低温翅片管换热器结霜试验研究

为了解翅片管换热器在低温工况下的传热性能以及结霜情况,进行了翅片管换热器的结霜试验.在翅片管换热器设置8个不同的观测点进行霜层厚度数据的采集,得到8条霜层厚度曲线.分析曲线后表明在不考虑环境风速的情况下,结霜量主要与空气相对湿度、流体在管内的形态等因素有关,同时发现翅片管换热器结霜的重点区域是换热器上部和入口处,并从理论上分析了结霜过程.