结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证

对结霜工况下空气源热泵的动态特性进行了数值模拟，并在室外环境空气温度及相对湿度分别为-15～3℃和50％～90％范围内对一台空气源热泵空调器的动态性能进行了实验研究，测量了不同结霜工况条件下热泵空调器的动态性能参数、室外换热器结霜量及壁面温度分布．在此基础上分析了进风温、湿度对空气源热泵空调器性能的影响．实验结果表明：在室外换热器表面结霜的初始阶段，热泵系统的制热量及性能系数均有所提高，但在结霜的后期，热泵性能迅速衰减，与数值预测结果一致；对于相对湿度不同的进口空气，其温度为0～3℃时室外换热器表面结霜速度最快，在此温度范围内结霜对热泵性能影响最大．     

空气源热泵冷热水机组结霜工况下数学模型的建立与求解

在空气源热泵冷热水机组各部件模型的基础上,基于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律,将这些部件模型有机地结合起来,建立了机组结霜工况下的动态数学模型.采用该模型对机组在不同工况下的性能进行了模拟分析,得到了风量、空气侧压降以及水侧换热器换热量、压缩机的轴功率等随结霜时间的变化.模拟结果表明,随着结霜量的增加,空气侧换热器的换热量减小,风量也将逐渐减小,而阻力却迅速增加;水侧换热器的换热量减小,水流量也减小.这为正确选择机组以及采取有效的除霜控制方式提供了依据.     

结霜与微尺度表面特性的实验研究

针对翅片式蒸发器表面的结霜问题，提出了一种新的实验研究方法，即利用CSPM2000(扫描探针显微镜)对两类材料冷表面进行扫描记录，同时利用专门的CCD摄像与显微镜系统，观测两类材料表面的整个结霜过程，从而探讨微观表面结构与材料表面霜层形成的关系．实验结果表明，材料的表面粗糙度对结霜有很大影响，表面光洁度好，霜沉降量较小。     

不均风速场对中大型热泵结霜工况性能的影响

针对一台名义制冷量为50 kW的风冷热泵冷热水机组,研究了风速不均匀分布对机组结霜工况性能的影响.实验结果表明:风速的不均匀分布是系统反馈控制支路产生振荡的主导因素;随着风速不均匀度增加,结霜速度加快,致使系统的稳定工作时间缩短,系统的换热性能降低;风速分布不均匀度为0.93与0.18时相比,系统的稳定工作时间缩短了34 min,系统的制热量降低约14.2%;结霜振荡阶段,霜层的阻塞作用成为影响系统性能的主要因素,随着风速分布不均匀度的增加,系统参数衰减加剧.     

霜晶形态演变过程的实验观测

利用显微可视化实验台,对水平冷板上霜层表面冰晶的形态演变过程进行研究,在霜层成熟期观察到一种冰晶＂吞噬＂现象。冰晶在周围冰晶正常生长的同时发生升华,并且升华过程从温度较低的根部开始。在冰晶升华过程中,有可能于根部生长出新冰晶,最终被新冰晶取代。局部温度场和浓度场的相互作用是产生这些冰晶竞争现象的主要原因。     

强制对流翅片管式换热器结霜性能的研究

建立了恒流条件下的强制对流翅片管式换热器的结霜模型，并用实验结果验证了模型的可靠性．将结霜模型和风机性能曲线联合起来考虑，在更加切合实际的情况下，模拟了换热器在结霜工况下的热力性能．研究发现，换热器结霜引起了翅片效率、空气流通率及翅片性能的显著降低，同时还伴随着空气侧压力降上升．讨论了改变风机类型、翅片间距以及翅片厚度在内的几种设计参数对结霜性能的影响．     

风冷热泵冷热水机组结霜与除霜性能的实验研究

研究了风冷热泵冷热水机组结霜与除霜时的动态性能.在一台制冷量为55 kW的风冷热泵冷热水机组上进行了实验,结果表明:在结霜中期的64 min内,风速分布不均匀造成一些支路出口带有液体,导致热力膨胀阀的控制发生了间歇振荡;在结霜后期的32 min内,风速的不均匀分布与霜层导致传热性能的恶化相结合,使热力膨胀阀发生了持续的振荡;除霜时存在系统参数突然剧烈上升的“临界点”,这是由于风冷换热器管外的换热方式由临界点前霜融化成水的相变换热变成了临界点后空气的自然对流换热;在制热的启动阶段和除霜终止切换为制热循环时,排气压力发生了剧烈的突升,这与制冷剂的流量比较大和板式换热器的内容积比较小有关.     

基于支持向量机的结霜过程特性参数预测模型

为解决结霜过程中有明显的非线性和时变性特征及测试数据中受噪声干扰较大、特性参数预测效果较差的难题,引入了基于结构风险最小化的支持向量机方法,建立了以热力参数集、时间、空间等为特征向量的预测模型.应用实验数据对模型进行了验证和评估,并与基于最小二乘法的预测模型进行了对比分析.结果表明,基于支持向量机的预测模型具有良好预测性能、非线性逼近能力和抗噪声干扰能力.     

穿孔型翅片几何结构对换热性能的影响

采用正交试验与数值模拟相结合的方法,针对影响翅片管式制冷换热器翅片表面开孔的3个参数,孔型、开孔几何尺寸及开孔位置,确定了3种优化的穿孔翅片片型.以平翅片作为基础片型,分别将4种翅片用于管式制冷换热器.风洞试验表明,结霜工况下,1.5~5.2m·s-1的试验风速范围内,翅片表面开椭圆孔的翅片管式制冷换热器换热性能最好,其单位面积制冷量、翅片平均表面对流换热系数、压缩机能效比相对平翅片均有明显提高.以风速2.5m·s-1为例,上述各值分别提高了37.8%,79.4%,25.0%.空气流过翅片管式换热器的平均阻力则降低了30.0%.     

多孔介质平板结霜模型的研究

建立多孔介质平板结霜过程的数学模型,编制相应的仿真程序.获得了质量流量,霜层厚度,霜层表面温度,霜层密度,偏重系数的相互影响关系.计算结果和实验测试的结果吻合,研究对确定多孔介质平板结霜的霜层生长速率计算有较大参考意义.