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。     

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...     

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。     

提升热泵空调器制热性能的镂空翅片开发及性能分析

为了提高热泵空调器的制热性能,热泵空调器的室外机需要同时在非结霜工况和结霜工况下高效地运行。本文提出了一种能够提高热泵空调器制热性能的同时避免霜层堵塞的镂空强化翅片。首先镂空位置需要同时避开翅片表面的霜层堆积区域和排水区域,防止镂空结构在结霜工况下被水滴或霜层堵塞;然后通过三维翅片仿真模型求解得到最佳镂空结构。新型镂空翅片在背风侧具有两排矩形镂空孔。实验结果表明新型镂空翅片在非结霜工况和结霜工况下的换热量分别比波纹翅片高4.6%和1.1%,并且镂空结构在结霜工况下能够避免霜层的堵塞。     

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。     

间冷式冰箱蒸发器结霜模拟

针对间冷式冰箱蒸发器的结霜工况进行了模拟。在改进现有的计算霜表面水蒸气过饱和度公式的基础上，建立了适用于间冷式冰箱蒸发器的霜层生长模型，并模拟出结霜过程中的结霜量，空气侧压降，霜的密度和厚度随时间的变化。通过与实验数据的比较，结霜量的误差在10％以内，空气侧压降在25％以内，该模型能够有效的模拟间冷式冰箱蒸发器的结霜过程。     

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。     

热泵蒸发器结霜过程的研究和分析

建立了热泵蒸发器结霜过程的数学模型，研究了入口空气相对湿度、温度、以及翅片间距等参数对蒸发器结霜量和空气侧压降的变化规律，计算结果和实验测试的结果吻合较好。     

结霜工况下热泵空调器性能的数值模拟

本文对热泵空调器在结霜工况下的运行性能进行了理论模拟,建立了热泵空调器制冷系统稳态分布参数模型和结霜过程的动态分布参数模型.在系统模型建立中把结霜过程视为准稳态过程.计算结果表明在霜刚开始形成时,有助于增大管壁和空气之间的换热系数,当霜层达到一定厚度时热泵的制热能力,性能系数等讯速下降.经与其他已发表的文献比较计算结果合理.     

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.     

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.     

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.     

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。     

Modeling non-uniform frost growth on a fin-and-tube heat exchanger

A semi-empirical model that predicts non-uniform frost growth on heat exchangers is developed and experimentally validated. The model is based on a scaling approach that uses the average frost layer properties to predict growth in a quasi-steady state, heat and mass balance based segment-by-segment coil simulation. The air redistribution algorithm in the model improved frost thickness predictions by 20%-50% and coil capacity predictions by 42% compared to the same model without air redistribution. The model along with an empirical frost delay predicted the frost thickness for different inlet refrigerant temperatures, air relative humidities and air velocities under non-uniform frosting with a root mean square error of 3.7%, 9.8% and 5.2% respectively.     

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。     

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。     

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.     

不同环境参数对间冷式冰箱蒸发器结霜换热性能的影响

文章对一个典型间冷式冰箱的冷藏室蒸发器在不同的环境参数下进行了结霜工况的实验研究,研究了空气流速、空气相对湿度、制冷剂流量等对蒸发器性能的影响。考察时间为6～8小时,与实际应用相符,给出了换热量、空气侧压降、结霜量在结霜过程中的动态变化规律。结果表明不同的环境参数对结霜的影响差别较大。在各参数随时问的变化中,空气侧压降呈指数关系增长,结霜量呈直线关系增长。