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.     

水平冷面上霜晶生长规律的实验研究

对水平铜冷面上的结霜过程进行了显微实验观察，实验结果表明：结霜过程基本上都经历了水珠生成、长大、冻结、初始霜晶生成、长大以及霜层成长等过程。根据霜晶的外观形状特点将初始霜晶分成了四大类，讨论了初始霜晶形状随冷面温度和空气相对湿度的变化规律，指出冷面温度是影响霜晶形状的主要因素，而空气的相对湿度对霜晶形状也有一定影响。     

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。     

第三类边界条件下套管内天然气中CO2凝华换热分析

针对带压液化天然气(PLNG)流程中对高二氧化碳含量天然气进行二氧化碳凝华分离的设想,分析了天然气中二氧化碳在套管内的凝华换热。将天然气简化为甲烷+二氧化碳的二元混合物,该混合物在圆管内流动,被管外冷氮气冷却直至其中二氧化碳凝华析出。建立了该传热过程的数学模型,采用四阶Runge-Kutta法求解微分方程,分析了天然气和氮气流速、二氧化碳进口体积分数、氮气进口温度、管长对第三类边界条件下凝华换热过程的影响。     

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。     

两级压缩空气源热泵结霜性能试验研究

虽然空气源热泵得到了广泛的应用,但是空气源热泵机组在冬季低温环境下运行,其蒸发器表面结霜,会严重影响效率。本文研究了两级压缩空气源热泵在低温工况下一些参数变化对风冷热泵结霜的影响,以及结霜条件下热泵机组性能参数的变化。研究表明:在0℃以下,结霜量以及结霜速度随着温度的升高而增多和加快,在进风温度在0℃左右的时候结霜最严重。温度在3℃的时候,结霜却不如前者严重。而当温度达到-7℃以下时,结霜不是很明显,特别是在相对湿度为90%,温度为-12℃时几乎不结霜。当蒸发器壁面的温度与空气的露点温度比较接近,而且空气含湿量大时,结霜速度最快。在保持进风温度一定,相对湿度越大,换热器风侧表面结霜量也就越多。相对湿度变化对结霜量的影响比温度要大,因此环境相对湿度是影响空气源热泵机组结霜、除霜特性的主要因素。同时,机组在结霜条件下运行时,机组的制热量和COP降低,综合性能下降。这一研究对翅片管式蒸发器除霜具有指导意义。     

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。     

两类结霜过程的实验研究

结霜是影响制冷设备和航天器工作的不利因素之一,因而受到国内外学者的广泛关注。目前学者认为结霜的相变过程有两类不同途径,即直接气固凝化或先凝结再冻结,但是没有对它们的发生条件、结霜形态等进行研究。通过显微摄像的方法对冷壁面上结霜的相变过程进行了实验研究,观察到气液固和气固两类结霜过程和它们不同的结霜形态,并研究了冷壁面温度和水蒸汽分压力对这两类结霜过程的影响。     

复叠式空气源热泵翅片管换热器的结霜因子研究

空气源热泵在冬季结霜会对机组的运行产生较大影响。本文实验机组为一台复叠式空气源热泵,室外侧换热器采用带亲水膜的翅片,在焓差实验室中进行室外温度在-18℃~6℃区间、相对湿度在70%~90%区间内的实验,研究空气源热泵的翅片管换热器的结霜量。实验结果显示:结霜量随时间增加而增加,并且接近线性关系;室外温度在-3℃~3℃时的结霜量最高,随着室外温度的下降,结霜量下降;室外湿度对结霜量的影响较大,在70%的相对湿度下,结霜量远小于80%~90%的结霜量;本文根据结霜时间、换热面积和盘管表面温度与空气露点温度与结霜量之间的关系,提出了结霜因子的概念,并得到结霜因子的范围为1.69~2.67×10-3kg/(m2·℃·h),其平均值为2.22×10-3kg/(m2·℃·h)。     

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。     

立式敞开式冷藏陈列柜蒸发器结霜特性的实验研究

实验测试不同环境温湿度工况下立式敞开式冷藏陈列柜蒸发器的蒸发温度、冷风幕送回风温度、蒸发器的凝水量及结霜水量,以研究环境温湿度变化对柜性能的影响.研究表明,当柜在较高环境相对湿度运行时,柜内蒸发器表面结霜量很少,冷空气中80%以上的析水以凝露形式形成.此时停机融霜没有必要,并使柜温上升过高.     

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。     

Frost formation on a cold surface under turbulent flow

This study presents a mathematical model to predict the frosting behavior on a cold surface under turbulent flow. The model consists of the standard κ–ε model for turbulent flow and the diffusion equation for the frost layer. The numerical results show that turbulent flow promotes the growth of the frost layer on the cold surface, compared to the laminar flow. Increase in air velocity has little effect on mass transfer under turbulent flow, while frost growth under laminar flow is influenced by the air velocity. With constant air humidity, the frost layer thickness increases with decreasing air temperature, while the relationship for the frost density is reversed. The effect of the air temperature on the mass flux is negligible, compared to the other frosting parameters.     

Heat and mass transfer from a laminar humid air stream to a plate at subfreezing temperatureTransfert de chaleur et de masse entre un écoulement laminaire d'air humide et une plaque à une température inférieure au point de congélation

Processes involving the transfer of heat from a humid air stream in laminar flow to a horizontal plate with the simultaneous deposition of frost is of importance in a variety of refrigeration equipment. The accumulating frost layer impedes the heat flow to the cooling surface. The present study is carried out to determine both theoretically and experimentally the factors that influence, frost formation on a cold surface and to correlate the Nusselt and Sherwood numbers with these factors.Experiments were conducted on a 600 mm long, flat horizontal plate, the Reynolds number and the relative humidity of the impinging air stream were varied from 30 000 to 140 000 and from 40% to 60% respectively, while the average surface temperature was near - 18°C. Empirical correlations of the Nusselt number and Sherwood number are presented.     

水平阵列方微柱表面自然对流的结霜特性研究

本文制作了微机械加工的阵列方微柱金属表面,实验研究了其在环境温度Tatm=24℃,相对湿度RH=17％,不同冷表面温度(Tw=-5.2、-10.1、-15.2℃)及不同试件尺寸时,自然对流条件下的结霜特性,分析了表面温度和持续时间对霜层厚度和霜重量的影响,提出了阵列方微柱表面的抗结霜机理,并通过仿真模拟进行了验证.结果...     

霜层生长初期冰晶体分布状况实验研究

研究霜层的结构对于理解结霜现象有着重要的意义。利用自行研制的图像放大及采集系统,对霜层生长初期冰晶体的形态进行显微观测,得到了不同生长条件下冰晶体的图像。随后采用数字图像处理方法,将原图像转换为二值图。通过对图像的分析,发现霜层的生长初期冰晶体的分布与充分生长的霜层有所不同,此时霜层靠近冷表面固含率最大;随着高度的增长,固含率以近似线性的方式减小。实验还发现,对霜层生长初期影响最大的两个因素是冷表面的温度和空气的相对湿度。随着冷表面温度的降低,霜层的高度明显增长,冰晶体沉积量增加,而平均密度的变化则不明显;随着空气相对湿度的增加,霜层的高度、平均密度以及冰晶体总的沉积量都有所增加。空气温度对霜层生长的影响不明显。