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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

自然对流下强吸水表面上结霜特性的研究

在自行研制的强吸水表面上进行了结霜实验研究,测得了其上的霜表面温度随时间的变化情况,并与普通金属表面上的进行了对比.进行了不同实验条件下吸水表面上霜厚的测量,与普通金属表面进行了对比,研究了涂层厚度对结霜的影响.结果表明,这种涂层在较易结霜的实验条件下可使初始霜晶出现时间延迟555分钟左右,在低于冰点的一定范围内,初始霜晶出现可延迟3小时以上;并且霜厚减少可达40%以上,霜层疏松,在外力的作用下很容易除去.涂层越厚,吸水能力越强,抑霜作用也就越明显.     

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。     

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。     

电场作用下竖直板表面特性对霜层生长的影响

研究了自然对流条件下直流电场对竖直表面上霜晶初始形态的影响，拍摄了不同电场下的霜晶形态，研究发现，在成霜初期，电场越强，冷壁面上形成的水珠越小。当水珠完全冻结后，所形成的冰柱在一定时间内不断增大。在适当的电场下，亲水表面比裸铜表面能够更好地抑制霜层的厚度。对亲水表面结霜质量的研究表明，电场使结霜质量增加，并且结霜质量随着电场的增大而增大。     

Experimental investigation of frost formation on a horizontal cold cylinder under cross flow

In the present work, frost formation on a horizontal cold cylinder was investigated experimentally. An apparatus was designed and carried out on a physical model which was included an air tunnel and a cold cylinder exposed to humid air flow. It was found that the frost layers formed on the front and rear surfaces of the cylinder were thicker than the top surfaces where the flow separation was nearly or wholly initiated. The effects of air flow parameters such as flow Reynolds number, entrained air temperature, absolute air humidity and temperature of cylinder surface on the frost thickness and density formed over the cylinder were studied. In this paper, the dew point temperature of the inlet air was above the freezing point and also the earlier transition time was investigated.     

不同环境参数对SK型翅片管式换热器结霜换热性能的影响

以SK型翅片管式换热器为研究对象,在循环式风洞中对其结霜工况下的性能进行试验研究,研究了入口空气流速和相对湿度等环境参数对SK型翅片管式换热器性能的影响。研究结果表明：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？=60%～80%范围内,空气侧对流换热系数随迎面风速的增大而增大,随相对湿度的增加而增加;换热器表面阻力降随着流速的增加而增大,随着相对湿度的增大而增大。实验结果表明,空气相对湿度对SK型翅片管式换热器性能的影响远大于空气流速的影响。     

An experimental study of frost formation on a horizontal cylinder under cross flow

Frost layers formed on the front and rear surfaces of a horizontal cylinder during cross flow are found to be thicker than those at the top and bottom surfaces where the flow separation is nearly initiated. This observation was obtained in an experimental study carried out to examine frost formation on a horizontal cylinder given a cross flow condition. The thickness of the frost layer and the temperature distribution in the cylinder were measured for various experimental conditions. The local heat flux around the cylinder and the effective thermal conductivity of the frost layer were likewise evaluated, while thickness and surface temperature of the frost layer around the cylinder were measured periodically. These measurements were obtained by varying the Reynolds number, temperature, and humidity. The dew point temperature of the inlet air, however, was kept below the freezing point throughout the experiment. Results also reveal that inlet air velocity, temperature, and humidity affect thickness and thermal conductivity of the frost layer.     

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.