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。     

电动汽车热泵空调系统室外换热器结霜特性实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季运行时室外换热器易结霜而影响系统制热性能的问题,本文设计搭建实验系统并进行研究,分析了多流程微通道换热器的结霜特性。实验结果表明:室外换热器表面霜层生长和表面温度下降两个因素之间为联动关系,各流道霜层分布呈不均匀状态,换热器内两相制冷剂密度不同且受重力影响,导致产生气液相分离和在流道内分布不均的状况。另外,室外换热器表面霜覆盖率的增长会导致室外换热器制冷剂侧的温度、压缩机吸排气压力、制热量等降低,引起导致压缩机单位功耗增加,以环境温度为0℃的数据为例,当霜覆盖率达77. 4%时,吸气压力、排气压力和制热量的降幅分别为33. 4%、12. 1%和25. 8%,单位功耗增幅为32. 0%,导致系统运行的稳定性降低,使制热量无法满足乘员舱制热需求。     

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...     

基于分形论的深冷翅片管气化器结霜数值模拟

利用分形理论DLA模型,建立翅片管气化器深冷表面霜层生长模型,通过控制程序循环次数模拟了深冷表面霜层生长不同阶段。结合实验观测到的深冷表面霜层生长过程,从分形维数和霜层密度两个方面验证数值模拟的合理性。结果表明,结霜初期随着初始霜枝晶上不断长出分枝晶,霜层密度随厚度的增大而减小,且深冷表面上霜层分形维数较一般冷表面分形维数大,说明深冷表面霜的生长更加复杂,充满空间的能力更大。这对进一步理解空温式深冷翅片管气化器表面结霜机理,探索有效除霜方法,提高气化器换热特性有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

风冷热泵蒸发器结霜性能的研究

建立了一个可以反映风冷热泵翅片管式蒸发器局部特性的数学模型,该模型考虑了蒸发器在干、湿、霜工况下传热、传质的差异以及霜层沿管子变化的情况。对常用的翅片管式蒸发器进行了理论研究,计算结果表明:蒸发器表面霜层分布极不均匀,影响了换热。同时提出了新型改进蒸发器结构,结果表明改进效果良好,普通换热器换热性能下降的速度是改进型换热器的1.5倍。数值计算的结果和实验测试的结果吻合良好,证明了数学模型的正确性与可靠性。     

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。     

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 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.     

无霜空气源热泵系统除湿与再生工况?分析

为解决传统空气源热泵系统冬季的结霜问题,同时提升夏季机组的性能,本文提出一种"一塔三用"的无霜空气源热泵系统。通过搭建实验台研究了在除湿工况下的空气温度、含湿量、质量流量及溶液温度、质量流量、质量浓度,在再生工况下的溶液质量浓度、温度对溶液塔进出口空气?、除湿?(再生?)、系统输入输出?及?效的影响。结果表明:除湿工况下,除湿?随空气温度、空气质量流量、溶液质量流量的增加以及空气含湿量、溶液温度、溶液质量浓度的减少而增加;系统的?效随空气温度、含湿量、质量流量及溶液质量流量、质量浓度的增加以及溶液温度的减少而增加,其中空气含湿量、溶液质量浓度对?效影响较小,此模式?效最高可达0. 201。再生工况下,再生?随溶液质量浓度、温度的增加而增加;系统?效随溶液质量浓度的增加、溶液温度的减少而增加,其中溶液温度对?效影响较小,此模式?效最高可达0. 108 8。该系统?效率在实验工况下高于常规空气源热泵系统。     

空气源热泵除霜控制方法研究现状及展望

空气源热泵在除霜过程中"误除霜"故障时有发生,"有霜不除"会导致机组制热能力和性能下降,"无霜除霜"会导致系统供热量损失,因此空气源热泵在除霜时最佳除霜起止点的判定尤为重要.除霜控制是通过选择恰当的除霜切入点和结束点,使除霜周期内空气源热泵系统稳定性好、节能以及能保证室内的热舒适.本文通过总结国内外学者对除霜控制方法的...     

基于平均性能最优的空气源热泵除霜控制方法的研究

本文选择空气源热泵机组的性能恶化点作为除霜的开始时刻,提出了一种基于平均性能最优的空气源热泵除霜控制方法。为验证该方法的可行性与适用性,采用四种不同的除霜方案对一台空气源热泵机组的除霜特性进行实验研究。针对不同的结霜工况条件,测量了翅片表面霜层厚度及机组输入功率、制热量等参数随时间的变化,并以此为基础分析了空气源热泵在整个结霜/除霜循环中的总耗功、总制热量以及平均COP的变化。实验结果表明:当空气源热泵机组选择以性能恶化点作为除霜开始时刻时,系统在整个结霜/除霜循环中的平均COP达到最大,即验证该除霜控制方法的可行性,能够用于空气源热泵机组的最佳除霜开始时刻控制。     

空气源热泵蓄热系统形式及研究进展

蓄热技术与空气源热泵的结合可以提供空气源热泵除霜的热量来源,弥补空气源热泵制热量随着室外空气参数变化的波动,解决供需矛盾,并起到电力的移峰填谷作用。本文综述了蓄热技术在空气源热泵中的应用范围,介绍了空气源热泵的蓄热除霜系统,空气源热泵在供热调节和电力调峰方面的作用,以及作为热泵热水器在供热水方面的应用,认为未来空气源热泵蓄热系统将在除霜、供热、热水器以及电力调峰方面发挥更大的作用,指出对于蓄热材料的选择和用量、蓄热罐的选型和容积等问题是未来的研究方向。     

翅片类型对热泵空调结霜特性的影响

通过实验研究了室外换热器采用平直、波纹、波纹/开缝翅片对热泵空调器动态结霜性能的影响。结果表明,在结霜工况下,平直、波纹、波纹/开缝三种翅片类型的系统制热量、COP和压缩机功率的峰值、平均值依次增大,其中,波纹/开缝翅片的各项平均值比平直翅片分别减小了14.57%、8.26%和7.11%。波纹/开缝翅片的性能参数最早开始衰减且衰减幅度也最大,其次是波纹翅片,平直翅片最晚开始衰减且幅度最小。结霜时,水蒸气变为霜的相变过程对传热具有强化作用,同时霜层减小了翅片间隙使风阻增大、室外风机流量减小,这对传热具有恶化作用。结霜时性能参数的曲线存在上升段和衰减段,与霜层微观成长特性一致:结霜初期,冰晶由粒状变为柱状,尚未显著阻塞翅片间隙,对传热的强化作用较显著,曲线处于上升段;结霜中后期,冰晶先沿半径成长,后又在柱状晶间隙堆垛,对传热的恶化作用较显著,曲线处于衰减段。     

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.     

风冷热泵机组的应用及节能技术

风冷热泵机组是一种节能、节水和环保的设备,一机冬夏两用,具有设备利用率高的特点,但也存在冬季低温工况下供热不足、高湿区域结霜严重等问题,这些问题阻碍了风冷热泵机组北扩的使用趋势。本文分析了提高热泵机组本身的能效比以节能、改进除霜控制逻辑以减少不必要的除霜而导致的能耗、增加热回收等节能手段以降低能耗、采用双级压缩以拓宽热泵的使用范围等措施,对于促进风冷热泵机组更广泛的应用具有积极的意义。