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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

冷壁面上结霜机理研究中的几个问题

水蒸汽在冷壁面上的结霜现象是制冷、低温领域普遍存在的现象。冷壁面上霜层形成机理的研究是优化换热设备的基础,并在航天技术发展中具有十分重要的作用。本对结霜机理的研究进行了简单的回顾,并就霜层物性、霜层生长规律、结霜过程传热传质和测量技术等方面的问题进行了分析和讨论。     

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。     

格子-Boltzmann方法模拟霜结晶生长

为了研究冷壁面上霜结晶的生长过程以及各参数的变化规律,利用格子-Boltzmann方法(LBM)方法,建立一个二维介观模型,实验验证了模型的可靠性,分析了霜层温度变化和密度增长规律,并直观模拟出霜结晶凝聚变化过程.结果表明:霜层表面温度在早期阶段迅速增加,但增加率随着结霜时间增加而减小;霜层内部温度随霜层厚度的增加呈线性增长;霜层平均密度随结霜时间增加呈现出先慢后快的规律;随着结霜过程的进行,由于越往上,霜晶体积分数越小,导致霜层内部密度随霜层厚度的上升而减小.     

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.     

准稳态结霜模型求解与分析

介绍了结霜过程的一维准稳态数学模型,并对该模型进行求解,分析了结霜过程的特征,讨论了湿空气流速、相对湿度及冷面温度变化对结霜过程的影响。计算结果表明:结霜过程是表面凝华和内部凝华共同作用的结果;较大的流速和相对湿度、较低的冷面温度对应较快的结霜速度;结霜过程中霜层密度的增长存在临界点,临界点之后,进一步的结霜并不能使传热恶化的速度加快。     

Frost formation on fin-and-tube heat exchangers. Part I—Modeling of frost formation on fin-and-tube heat exchangers

In this study, the heat and mass transfer characteristics of heat exchangers during frost formation process are analyzed numerically. Unsteady heat and mass transfer coefficients of the air side, heat transfer coefficient of the refrigerant side, air-frost layer interface temperature, the surface efficiency of the heat exchanger and the mass flow rate of the frost accumulated on the heat exchanger surface are calculated. The total conductivity (UA) and pressure drop of the heat exchanger are reported for different air inlet temperature, relative humidity, air mass flow rate and the refrigerant temperature.     

Modeling of frosting behavior on a cold plate

This paper proposes a mathematical model to predict the frost properties and heat and mass transfer within the frost layer formed on a cold plate. Laminar flow equations for moist air and empirical correlations for local frost properties are employed to predict the frost layer growth. Correlations for local frost density and effective thermal conductivity of the frost layer, derived from various experimental data, are expressed as a function of the various frosting parameters: the Reynolds number, frost surface temperature, absolute humidity and temperature of the moist air, cooling plate temperature, and frost density. The numerical results are compared with experimental data to validate the proposed model, and those agree well with the experimental data within a maximum error of 10%. Heat and mass transfer coefficients obtained from the numerical analyses are also presented. The results show that the model for the frost growth using the correlation of the heat transfer coefficient without considering the air flow has a limitation in its application.     

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.     

Heat and mass transfer from a laminar humid air stream to a plate at subfreezing temperature

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.     

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。