结霜工况下空温式翅片管气化器传热试验研究

为深入掌握低温液体在空温式翅片管汽化器内的气化情况以及其与翅片管表面霜层生长的相互影响规律,以液氮为介质进行了低温液体在空温式翅片管气化器内的气化试验。通过热电偶和刻度带分别对翅片管上不同位置的温度和霜层厚度进行了测量,并分析了翅片管表面霜层的生长规律及翅片管内低温液体的流动特性。结果表明:气化器表面结霜过程受冷表面温度影响较大,冷表面温度越低,结霜速率越大,霜层越厚。结霜工况下的气化器工作状态分预冷和稳态两种工作状态。预冷工作状态低温液体进入气化器后迅速气化,其过程包含气液两相和单气相两个换热段。稳态工作状态低温液体在气化器内气化经历单液相、气液两相、单气相三个换热段,单液相段翅片管表面结霜最为严重,单气相段翅片管表面无霜晶形成。因此认为,可通过分状态分段设计空温式翅片管气化器从而减弱结霜对翅片管传热的影响,提高气化器换热效率。     

空温式深冷翅片管气化器表面结霜特性实验研究

空温式深冷翅片管气化器实际使用中,表面往往会结霜,影响传热效果。由于结霜过程的非稳态性,理论分析较为困难。这里以液氩为工作介质对气化器结霜过程进行了实验,获取了一些数据。根据实验数据拟合了翅片管表面非稳态的结霜厚度和沿管长方向的结霜速度的多项式,多项式在霜层生长稳定期的计算结果和实验结果均方误差小于23%。表明通过反复实验,不断完善数据,可以使拟合结果具有更好的适用性,也为工程设计提供指导。     

空气源热泵结霜问题的研究现状及进展（Ⅰ）

针对空气源热泵结霜问题,介绍近十几年来简单几何表面霜层的基本特性及其生长的数学模型、翅片管换热器表面结霜规律的实验研究及数值预测研究的现状,并对其发展趋势进行总结。     

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...     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Dynamic modeling and characteristic analysis of a two-stage vapor injection heat pump system under frosting conditions

This paper presents a distributed-parameter dynamic heat exchanger model integrated with a detailed frost growth model to account for non-uniform frost formation on a fan-supplied finned-tube coil. A novel, iteration-free approach is proposed to solve the air flow redistribution by linearizing a system of non-linear air pressure drop equalization equations, resulting in a significant improvement in the computational efficiency. As a continuation and extension of our previous work, the developed models along with the component models described in Qiao et al. (2015a) are applied for the first time to explore the frosting dynamics of a two-stage flash tank vapor injection heat pump system. It is found that frost formation degrades the heating performance of the system substantially. Meanwhile, the simulation indicates that air and refrigerant flow maldistribution, resulting from non-uniform frost growth on the outdoor heat exchanger, can lead to unstable system hunting behavior. Comparisons between the simulation results and experimental data indicate that the proposed models can reasonably predict the time-dependent heat transfer and fluid flow phenomena of the system.     

The fractal study of Cu-Ni layer accumulation during electrodeposition under diffusion-controlled condition

The fractal study of thin layer films has been concerned by numerous studies, but it is a novel idea to use this method for interpretation of layer formation during electrocrystallization, simultaneously. In present study, Scharifker's equations were derived for instantaneous and progressive nucleation and 3D growth of hemispherical centers under diffusion-controlled condition to calculate in situ change of fractal dimension of surface. It was assumed that the layer could be formed completely when fractal dimension of surface inclined to 2. Moreover, the fractal analysis of AFM images has confirmed the presumed model.     

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.     

换热器表面结霜特性的数值分析

本文中采用数值计算方法预测了翅片管式换热器表面结霜的特性。换热器表面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，计算结果具有一定的实际意义。     

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。     

Performance of finned-tube heat exchangers under frosting conditions: I. Simulation model

This paper describes an analytical model that was developed to predict the performance of finned-tube heat exchangers under frosting conditions. The method models the frost growth mechanism and heat exchanger performance in a comprehensive manner. The results include frost accumulation and its effect on energy transfer in relation to varying humidities, fin densities and ambient conditions.