空气源热泵结霜机理及除霜/抑霜技术研究进展

结霜导致蒸发器的热阻增加,传热系数降低,系统COP减小,制约了空气源热泵的推广应用。本文在表面结霜机理研究现状的基础上,总结了影响结霜的各种因素相应除霜/抑霜技术,综述了逆循环、热气旁通和电加热三种常用除霜方法的研究进展,概括了改变空气参数、表面温度和换热器结构的抑霜效果,以及表面改性抑霜技术的研究现状。指出霜导热系数模型的局限性及除霜/抑霜技术存在的问题,提出今后应结合多种措施着重探索对水蒸气凝结、冷凝水冻结、霜层回融和塌陷等阶段均有较强抑制作用的抑霜技术。     

结霜现象及抑霜技术的研究进展

结霜现象广泛存在于制冷、低温储存、空调热泵以及其它低温领域,霜层的存在会增加换热热阻,降低传热系数,对换热系统造成一定的危害。因此研究冷表面上的结霜机理,探索有效的抑霜除霜方法一直倍受国内外学者的关注。文章简单介绍了冷表面结霜现象的基础研究,以及外加电场和磁场对结霜过程的影响,综述了抑霜技术的研究进展,主要包括表面改性如通过疏水和亲水处理来控制结霜现象的研究现状,最后对抑霜技术的研究方向以及应用前景进行了总结和展望。     

一种新型抑霜涂料在翅片管式换热器上的应用研究

换热器表面结霜是制冷和低温设备中最常见的问题之一,它会严重影响换热器的换热效率,降低制冷系统的整体性能。用自行研制的一种新型抑霜涂料制成亲水表面,将其涂敷于换热器翅片上,厚度为0．05mm。在相同的实验条件下与没有涂层的换热器实验结果进行比较,发现有涂层的换热器能够大大延长融霜周期,在整个实验过程中没有出现结霜现象。涂层厚度对换热器出口的温度和换热器的传热性能没有明显影响。另外,还针对有涂层的翅片进行了一系列的吸水试验,测试涂层质量、厚度以及表面粗糙度随浸水时间的变化。     

空气源热泵结霜/除霜特性的数值模拟

为研究空气源热泵的结霜与除霜特性,建立了热泵系统结霜动态模型和显热除霜模型,求解模型获得了结霜与除霜过程中各系统参数变化规律。结果表明,初期霜层对系统性能影响较小;当结霜工况运行70 min时,系统性能系数(COP)、制热量和蒸发压力降幅分别为6.9%、10.9%和12.3%;随着霜层继续生长,系统性能衰减加剧;除霜工况下,管壁温度迅速升高,霜层预热后进入融霜阶段,从蒸发器入口微元到出口微元,融霜时间从7 s增加到52 s;进入融霜水蒸发阶段后,管壁温度增速减慢,沿制冷剂流动方向融霜水蒸发时间逐渐增加;当换热器散热与得热达到平衡时,管壁温度维持恒定。     

电动汽车热泵系统车外换热器结霜除霜研究现状

综述了电动汽车热泵系统车外换热器结霜的环境因素、抑霜方法以及除霜方法的最新研究。调研结果表明,温度、相对湿度和风速均对结霜有影响,进而影响热泵运行性能。主要的抑霜方法有换热器外部结构优化、内部流程优化及表面涂层处理,而除霜主要采用热气旁通和逆循环,除霜系统控制的运行控制也是影响除霜效果的关键技术。旨在系统性地分析电动汽车热泵系统车外换热器结霜除霜最新研究成果,为进一步解决结霜问题奠定基础。     

超疏水表面融霜演化行为及排液特性

及时脱除热力除霜后冷表面残留液滴,可以延缓二次结霜。本文对室温环境下超疏水表面融霜演化行为进行了微观可视化观测,对比分析了表面倾角对裸铝表面(接触角88. 0°)及超疏水表面(接触角151. 1°)融霜排液的影响。实验结果表明,水平超疏水表面融霜过程存在单液膜卷曲收缩及多液滴合并两种行为,较大的静态接触角及较小的接触角滞后是促使多液滴合并的主要原因。与倾斜裸表面融霜过程存在大量残留液滴不同,超疏水表面融霜液可实现自排除;当表面倾角>30°时,超疏水表面排液率可达90%以上。结合表面润湿特性及表面倾角推导出表面液滴临界脱落半径,与实验结果吻合较好。     

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。     

铝基体超疏水表面结冰结霜特性研究

采用中性电解液,通过电化学加工技术及氟化处理方法制备出铝基体超疏水表面,接触角达160°,滚动角小于5°,并在其上进行了结冰和结霜研究.在不同实验条件下研究超疏水表面的形貌、霜高随时间的变化,并与相同条件下的普通铝表面、吸水性表面进行了对比.结果表明,该超疏水表面经过50多次结霜、除霜后,仍具有很好的超疏水性能,表现出良好的重复性和耐久性;与普通铝表面相比,铝基体超疏水表面具有明显的抗结冰结霜性能,霜晶先出现在四周边缘处并逐渐蔓延到中间,但抑霜能力随着冷表面温度的降低而减小;与吸水性表面相比,超疏水表面在抗结冰结霜的同时能有效抑制表面质量的增加.     

亲水涂层翅片应用于风冷冰箱的性能研究

在制冷领域结霜现象不可避免,霜层通常会对制冷性能造成影响。由于亲水性涂层可以起到一定的抑制结霜的效果,通过搭建模拟风冷冰箱的实验台,在蒸发器翅片表面涂覆亲水材料,设计合理的实验方案,建立对照实验组,分析比较亲水涂层抑霜延缓结霜的能力、耗电量和功率的变化,对蒸发器换热能力的影响,并对涂层的稳定性进行初步研究,讨论了技术可行性和经济可行性。通过实验对比发现:亲水性翅片应用于风冷冰箱可有效延缓结霜,而且提升了蒸发器的换热性能从而提升了制冷效率。相同的工况下系统的耗电量和功率都有所降低,连续运行多个循环涂层稳定性较好,且该亲水性翅片适用范围广,经济效益好。但仍需合理控制融霜的时长和退出时间点,以保证其亲水特性。     

微通道换热器结霜特性研究现状与展望

微通道换热器在低温工况下用作蒸发器时存在结霜速度较快的问题,制约了其在制冷系统的应用。针对微通道换热器的结霜现象,本文归纳了影响微通道换热器结霜特性的因素、改善微通道换热器结霜特性的方案和微通道换热器结霜的相关仿真研究,介绍了微通道换热器结霜特性的研究现状和方向,发现目前影响微通道换热器结霜特性的因素主要分为:外部因素(环境参数、表面温度、凝水),结构因素(换热器布置方向、翅片结构、翅片密度、涂层、结垢)和内部因素(制冷剂分布)。改善微通道换热器结霜特性的研究集中在调整翅片的结构以实现更好的排水性能和更均匀的霜层分布,未来研究的重点在于开发抑霜性能更好的微通道换热器和建立更高精度的仿真模型。     

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。     

不同表面浸润性对除霜过程影响的实验研究

空气源热泵机组除霜过程主要包括融霜、排水、蒸干等环节。以上环节在不同浸润性换热器翅片表面上表现不尽相同,从而直接影响机组在周期性结除霜工况下的运行性能。本文搭建了金属冷表面除霜特性研究实验台,分别以普通和亲水铝箔为研究对象,观察分析霜层的融化、化霜水排除以及蒸干过程,并着重对比了两种常用铝箔翅片在上述过程的差异。首次提出"翅片表面蒸干率"的概念,用参数C表示;研究发现,普通铝箔表面初始蒸干率即可达到90%,而亲水铝箔表面仅50%;但亲水铝箔表面残留水完全蒸干所用时间仅需7 min,仅为普通铝箔表面完全蒸干时间的25%;两种铝箔除霜过程差异显著。研究工作同时考察了残留水对相邻结除霜过程的影响。     

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。     

星型翅片管换热器结霜过程的数值模拟

采用数值模拟的方法对星型翅片管换热器的结霜过程进行了研究。得到了霜层厚度和霜层密度等物性参数的变化规律,分析了其空气侧结霜过程中的传热传质特性,研究了翅片高度和翅片个数两个参数对结霜过程的影响。结果表明,结霜现象会造成换热器换热性能的恶化,并且翅片个数越多、翅片高度越小,传热恶化更严重。     

三排变片距翅片盘管换热器结霜特性实验研究

为改善空气源热泵室外翅片盘管换热器在低环境温度下沿空气流动方向结霜不均匀、首排结霜量较大进而导致热泵除霜间隔较短、制热能力下降等问题,对不同翅片片距组合的变片距翅片盘管换热器在低环温工况下运行及结霜的情况进行实验研究。结果表明：变片距翅片盘管换热器在低环温条件下可有效延长迎风面管排发生结霜堵塞的时间、对于结霜生长速度和结霜质量也有抑制作用。变片距翅片盘管换热器在结霜中后期阶段换热功率更高,在合理的翅片间距组合下,变片距翅片盘管换热器可以在不损失过多换热功率的情况下延长换热器迎风面管排结霜堵塞的时间,如样品4的平均换热功率比样品1低6.02%,而除霜间隔延长了37 min。     

翅片管式换热器表面结霜特性的数值分析和实验研究

换热器表面结霜会增加传热热阻和流动阻力,为合理确定融霜周期,必须对其结霜特性作深入的了解。文中采用了数值求解方法预测了平翅翅片管式换热器的结霜量和霜层密度的变化过程。翅片管结霜是一个瞬变问题,为了计算方便,将其简化为准稳态过程,即在时间步长内,认为该过程是稳定的,然后把所得的霜层厚度以及霜层的表面温度作为下一时间步长内传热传质的边界条件。在研究中考虑了霜层阻力引起风量下降这一因素,模型的计算结果与翅片管式换热器结霜的实际工况相符。     

翅片管式换热器表面结霜特性的数值分析和实验研究

换热器表面结霜会增加传热热阻和流动阻力，为了合理确定融霜周期，必须对其结霜特性做深入地了解。本文采用了数值求解方法预测了翅片管式换热器的结霜量和霜层密度的变化过程。翅片管结霜是一个瞬变问题，为了计算方便，将其简化为准稳态过程，即在时间步长内，认为该过程是稳定的，然后把所得的霜层厚度以及霜层的表面温度作为下一时间步长内传热传质的边界条件。在研究中考虑了霜层阻力引起风量下降这一因素，计算结果与翅片管式换热器结霜的实际工况相符。     

流态化速冻器空气除霜机理的研讨

制冷设备蒸发器的除霜,是制冷设备设计与操作中的重要课题之一,这是因为霜的导热性比金属差,因此,蒸发排管外的霜层增大了导热热阻,其厚度达到一定值时会大大影响传热效果。翅片管蒸发器表面结霜时,不但增大了导热热阻,减小了外表面的传热系数,而且增大了翅片间的空气流动阻     

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。     

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...