风冷热泵换热器结霜机理及在霜运行特性研究

摘要

结霜是一种非定常、有相变、具有移动边界的复杂热质传递问题,与环境的温度、湿度、风速、换热盘管壁温及换热器本身特性等因素都有关系.本文从霜层的形成的三个时期,分析了风冷热泵换热器的结霜机理,指出通过对翅片表面进行处理,增加亲水涂层或憎水涂层,可以改变冷壁表面状况,从而大大延缓霜的形成,甚至起到抑制结霜的作用. 本文建立了包括供冷系统(提供冷环境及向结霜换热器供冷)、低温风洞及测试系统三部分的风冷热泵室外换热器在霜运行特性实验装置.试验测试了换热器在环境温度为-5 ℃、相对湿度为80％、冷风流速为1.2 m/s时,结霜对换热量Q、压降△P及换热器的传热系数K0的影响,研究了风冷热泵在霜运行特性.结果表明,结霜对换热器换热量、空气侧压降及换热器传热系数具有较大影响.在结霜初期-结晶生长期,沿垂直冷壁表面方向线性成长成均匀分布的针状或柱状的霜晶体象肋片一样扩展了换热器的换热面积,增大了换热量;当柱状晶体的顶部开始分枝,结霜就进入了霜层生长期,随着霜柱头部结晶迁移或结晶干涉,霜层覆盖了整个换热器表面使换热热阻增大,破坏了空气与制冷剂之间的换热,表现为换热器换热量减少.随着霜层厚度的增加,空气流通阻力增大,引起空气流量减小,空气侧压降逐步增大,使霜层热阻逐渐增加,换热器传热系数K0下降;当霜层增加到一定程度,通风截面积大大减小,空气侧压降急剧增大,随着风机静压的不断增大,风机状态点将发生变化,空气流量将迅速降低,换热器换热将急剧恶化.这一研究规律对考察风冷热泵系统在霜运行特性及除霜研究有重要参考价值。