疏水表面改性在换热器抑霜上的实验研究

对分体式空调室外换热器翅片管表面进行了疏水改性处理并搭建了可视化的结霜测试平台,在干、湿球2℃/1℃环境工况下测试了改性后和常规换热器翅片表面结霜、除霜及融霜过程的性能。实验表明疏水纳米涂层翅片表现出一定的抑霜效果:其液滴冻结时间延后、霜层薄且疏松、除霜周期延长、化霜时间缩短,但抑霜效果会在结霜后期减弱且融霜后翅片上存在残留液滴。而对于未处理的亲水裸铝翅片:其霜层冻结快、霜层较为致密、结霜程度较严重,但融霜后排液效果好。     

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。     

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。     

翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究

积灰对具有不同翅片结构的翅片管换热器均会造成长效性能的衰减。本文搭建了换热器积灰可视化实验台,研究了翅片结构对积灰量及积灰后空气侧压降的影响。测试样件的翅片类型包括平直翅片、波纹翅片和开窗翅片;翅片间距范围为1.3~1.8 mm。实验结果表明:开窗翅片管换热器表面最容易沉积粉尘并增大积灰后压降,与平直翅片相比,波纹翅片和开窗翅片表面粉尘沉积量分别提高了25.6%和52.8%、积灰后压降增量分别提高了44.4%和165.6%;对于开窗翅片,小翅片间距有利于积灰并增大积灰后压降,与翅片间距1.8 mm的样件相比,翅片间距1.5 mm和1.3 mm的样件表面粉尘沉积量分别提高了26.2%和43.2%、积灰后压降增量分别提高了24.1%和49.4%;在积灰过程中,随着粉尘沉积量的增加,翅片管换热器空气侧压降先增大后保持稳定。     

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。     

波纹翅片管换热器表面粉尘沉积特性的实验研究

空调器室外换热器大多采用波纹翅片管,因使用过程中表面积灰而导致性能下降。本文通过搭建积灰可视化实验台来观测粉尘的分布特征并测定沉积量,研究波纹翅片管换热器表面的粉尘沉积特性。其中测试样件的翅片间距范围为1.6~3.2mm,喷粉浓度范围为80~280 kg/m~3,风速范围为1~3 m/s,喷粉时间为15~90 s。研究表明,粉尘主要沉积在换热器迎风面的翅片前缘处以及换热管的迎风面上;翅片间距小时易于粉尘沉积,翅片间距为1.6 mm样件上的单位面积粉尘沉积量较3.2 mm样件最多增加了52%;提高喷粉浓度会增加粉尘沉积,喷粉浓度为280 kg/m~3下的单位面积粉尘沉积量较80 kg/m~3最多增加了88.2%;高风速能够抑制粉尘沉积,风速为3 m/s下的单位面积粉尘沉积量较1 m/s最多下降了6.3%。     

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。     

电动汽车热泵空调冷凝蒸发器的特性实验研究

电动汽车热泵空调的能耗对其行驶里程有重要影响。本文针对两种不同结构形式的热泵空调室外换热器,实验研究了环境工况和制冷剂进出口位置对换热器性能的影响,并分析了不同结霜工况下热泵空调系统的制热性能。结果表明:作为冷凝器时,横排和竖排布置结构形式的换热器性能差异较小;作为蒸发器时,横排布置结构形式换热器的性能相比竖排布置提升了20%;对于横排布置形式换热器,制冷剂进口接近换热器底端扁管有利于提高蒸发器性能;结霜工况下,两种结构形式换热器在高寒(-7℃/-8℃)和高湿(7℃/6℃)工况下制热性能无明显衰减; 2℃/1℃工况下,横排布置结构形式的结霜和化霜特性均优于竖排布置结构形式。     

冷热水三联供空调机组的除霜特性

三联供机组在冬季运行时,由于室外换热器表面结霜会严重影响机组的运行性能和安全系数。本文针对三联供空调机组所采用的除霜策略进行实验,研究了不同化霜温度测点对机组除霜特性的影响。结果表明：当化霜温度传感器置于室外换热器表面的测点2和测点5时,系统在结霜过程中持续波动的时间分别为2280ｓ和220ｓ;除霜时间分别为5min和12min,系统过热度持续为负值的时间分别为185ｓ 和80ｓ。为系统安全考虑,建议化霜温度传感器布置于测点5。     

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)。     

科学家用纳米技术实现低能耗除霜

<正>从中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所获悉,该所高雪峰团队利用纳米加工技术,实现了低能耗除霜,为进一步设计开发更节能的空调/热泵铝翅换热器奠定了基础。相关成果发表于美国化学会《应用材料界面》杂志。热泵/空调换热器的翅片表面在低温潮湿环境下很容易凝露结霜并堵塞其狭窄风道。这一问题不仅会导致换热器换热效率严重恶化,而且现有通过高能耗加热除露化霜的方式也会造成能源的极大浪费。因此,通过金属表面纳米加工技术创新解决这一行业难题,并研制出更节能的空调/热泵换热器非常有意义。     

亲水涂层对微通道换热器空气侧性能的影响

对微通道换热器进行了亲水表面处理,并对其性能进行了实验研究,分析了亲水处理对微通道换热器湿工况性能的影响。实验表明,亲水处理对换热器性能有利:与无涂层换热器相比,亲水处理换热器换热量最多增大7.0%,压降减小0.7%～18.9%。而随着翅片间距的减小和芯体厚度的增加,亲水处理带来的性能提升减弱。     

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。     

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。     

车用热泵系统结霜化霜实验研究

针对车用热泵系统在冬季室外换热器易结霜的问题,本文设计并搭建了实验系统对室外换热器结霜和化霜特性进行了研究,总结出了在实车上判断结霜以及化霜完成的方法,最后比较了?2.1 mm和?3.0 mm两种阀口直径的电子膨胀阀对化霜时间的影响。实验结果表明：换热器结霜程度可通过吸气温度或吸气压力相对于无霜状态下的变化率来判断,化霜完成可通过室外换热器出口温度大于0 ℃来判断。在不同环境温度及不同霜层的化霜工况中,电子膨胀阀阀口直径对化霜时间的影响并非一致,较大阀口直径电子膨胀阀前期化霜效果好,但后期因为阀口直径较大压缩机排气压力升速缓慢,导致室外换热器入口温度增速变缓反而不如较小阀口直径电子膨胀阀。因此在实际整车应用中,可选用较大阀口直径的电子膨胀阀结合智能控制,使总体化霜效果达到最优。     

新型无接触热阻空调换热器性能研究

将不同形状的波纹翅片与无接触热阻技术结合研制了波纹型无接触热阻换热器,并利用CFD仿真软件进行对比分析尖角波纹翅片和圆角波纹翅片空气侧换热性能及阻力特性,寻找较好的翅片形状。按照仿真结果生产无接触热阻尖角波纹翅片空调换热器实验样件,进行实验测试,实验结果表明:翅片表面换热系数仿真结果与实验结果较为一致,整体误差在10%以内,仿真结果能基本反映翅片表面的实际换热情况。引入强化传热指标,通过仿真结果计算可知,在不同风速下强化传热指标DEC均大于1,说明尖角波纹翅片的传热效果优于圆角波纹翅片。     

换热器结霜和化霜研究进展

分别从换热器结霜化霜现象的影响、改善结霜的措施以及除霜控制三个方面,论述了近年来国内外对于换热器结霜化霜问题的研究,并分析了微通道换热器在结霜化霜问题上遇到的问题,提出相应的研究方向。     

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。     

空调换热器长期运行性能衰减的加速实验研究

为研究长期积尘对空调室外机性能衰减的影响,本文采用对空调室外换热器进行加速测试方法,在高粉尘浓度环境下短时间积尘模拟实际空调在低粉尘浓度下长期运行时的积尘效果,从而加快换热器的积尘进程以达到加速测试的目的。基于上述方法搭建了换热器加速测试实验台,对具有不同翅片结构与管排数的3种换热器样件进行2～10 h的加速积尘测试,预测其在室外运行1～5年后的性能衰减效果。测试结果表明:空调换热器使用5年后,1排管波纹翅片换热器、2排管波纹翅片换热器和2排管平直翅片换热器的压降增幅分别为21.8%、29.5%和25.0%,换热量衰减率分别为11.2%、19.3%和18.0%。     

大直径圆孔翅片管结霜过程动态特性的实验研究

在入口空气温度28℃,恒温恒湿条件下,以三对称大直径圆孔翅片为研究对象,在循环式风洞中对其结霜工况下的动态性能进行了实验研究,考察了入口空气相对湿度和空气流速对换热器性能的影响,给出了换热器换热量、翅片表面传热系数和空气侧压降在结霜过程中的动态变化规律,研究结果表明:入口空气温度28℃时结霜工况下,翅片表面未覆盖满霜层时,在雷诺数Re=3602～5509,进口相对湿度φ=60％～80％范围内,不同的环境参数对结霜影响的差别较大.实验结果表明,空气相对湿度对SK型翅片的传热与流阻性能的影响大于空气流速的影响.实验结果可为优化环境参数,使制冷系统达到节能匹配提供参考.