结霜工况下水蒸气在冷表面上冷凝成核的理论与实验研究

为了揭示结霜初期冷表面上冷凝成核过程的发展规律及其影响因素,针对结霜工况下冷表面在凝结初期的冷凝成核过程,建立基于吉布斯自由能理论与分子动力学理论的理论模型,并对结霜工况下低温铝表面的凝结过程进行可视化实验研究.研究结果表明:通过理论模型所得成核能障系数变化特征与实验结果有良好的一致性;成核位点的凝结成核能障系数越低,...     

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.     

-60℃水平圆管表面结霜特性的实验研究

为了探索在-60℃以下较低温区冷表面的结霜特性,设计并搭建了基于复叠制冷系统的-60℃水平圆管表面结霜特性可视化实验台,并对套管形式换热器内水平圆管外表面上湿空气顺掠管的结霜特性进行了实验研究,着重分析了结霜过程中霜层厚度及其增长速率的特性。实验结果表明:-60℃水平圆管表面霜层厚度生长速率比常温区冷表面更快,约为-15℃冷表面的两倍,同时又保持了与-15℃以上冷表面相似的生长趋势,即前期生长速率较快,然后逐渐降低。此外,还发现并分析了呈周期性出现的融霜现象和大幅突降的霜层崩塌回融两种不同特征的融霜过程。初步探索了受限通道内-60℃水平圆管表面的结霜特性,丰富了霜层特性研究数据,可为今后更加全面系统的实验研究奠定基础。     

水蒸气在霜层中扩散的分形模型

依据霜层的结构具有典型的分形特征,建立基于分形理论的水蒸气在霜层中的扩散模型,并求解水蒸气在霜层中的有效扩散系数。模型以孔隙分形维数、通道轴线分形维数、孔隙率、最大和最小孔隙尺度以及水分子在通道两端飞行的直线距离等参数来描述霜层的结构。研究结果表明:该模型较好地反映了霜层孔隙率变化时通道弯曲程度的变化,以及这种变化对于水蒸气扩散的影响;当孔隙率较小时,霜层中孔隙直径较小且通道较弯曲;随着孔隙率增加,有效扩散系数增长较为缓慢;当孔隙率较大时,孔隙率增加可能使小孔隙合并为较大孔隙,导致通道弯曲程度变小,故有效扩散系数增加。     

翅片管换热器结霜工况的三维数值模拟与分析

为解决翅片管蒸发器结霜过程不易进行数值模拟的难题,利用组分传输与动态网格模型模拟蒸发器表面霜层生长的相变传热、传质过程,建立了结霜工况下翅片管蒸发器三维动态传热、传质的简化模型.计算得到了蒸发器表面霜层温度、空气压降及出口处含湿量.数值计算结果与实验结果趋势吻合较好.     

空气源热泵在我国应用结霜区域研究

通过直流型风洞试验台,对不同工况下平板结霜过程进行了试验研究.根据空气源热泵实际运行工况,获得理论结霜区域,并结合实验结果,将此区域划分为4个代表不同结霜程度的结霜区间,包括重霜区、一般结霜区、低温结霜区和轻霜区.根据我国18个城市的气象资料,获得各城市的结霜区域分布图,分析了空气源热泵在我国不同地区应用的结霜程度.研究结果表明:结霜现象会影响空气源热泵在我国不同地域的应用效果,应因地制宜的选用空气源热泵机组,并制定相应的除霜控制策略,避免误除霜事故的发生.     

超疏水低黏附微孔表面的制备及其冷凝微滴的高效自去除性能

冷凝微滴在基底材料表面的高效自去除是防结霜的一种有效手段.以硅片为基底材料,采用飞秒激光直写技术制备了微孔阵列结构,经低表面能修饰后,表面水接触角为165°,滚动角为0.6°,液滴在微孔结构表面可以实现多次弹跳.通过冷凝微滴的自去除实验,重点分析了冷凝微滴的成核、生长、合并自去除机制,发现冷凝微滴可以在微孔内部短时间内...     

结霜工况下平行流换热器的换热性能

测试了平行流换热器在结霜工况下的换热性能.研究了换热器的换热面积及表面换热效率随霜层厚度的变化,并采用对数平均温差（LMTD）法对结霜状况下霜层表面的换热系数进行了计算.结果显示,当霜层厚度达到0.4 mm时,换热器的换热面积下降18%左右,表面换热效率下降17.42%～24.78%;而换热系数的降低是换热器性能降低的重要因素,试验中换热器的换热系数均下降50%左右,百叶窗的霜堵是导致换热系数降低的主要原因.     

壁面结霜初始状态实验研究

对自然对流条件下干燥和湿润2种初始状况平板表面上的初始结霜现象进行了显微观测.实验结果表明,表面稳定温度愈低,结霜发生愈早,临界温度也愈低.干燥表面上凝结的液滴及随后冻结的冰粒形状较湿润表面的规整且接近圆形.干燥表面发生结霜较湿润表面早,其差别随表面稳定温度的降低而减小.表面稳定温度高于-15 ℃时,2类表面的临界温度几乎相同;随着表面稳定温度降低,干燥表面的临界温度较湿润表面低,其差别随着表面稳定温度的降低而增大.分析表明结霜临界状态时冰粒的大小及其在冷表面上的分布具有分形特征,并提出一基于分形理论定量描述其特征的方法.干燥和湿润2种表面上临界结霜时冰粒的平均直径并无显著差别,而湿润表面上的冰粒表面覆盖率较干燥表面的大.     

强电场下蒸汽压方程对凝华的影响

本文应用热力学和相变理论导出了在高压静电场下水蒸汽凝华成核的力学平衡、相平衡条件、成核的临界半径、以及饱和蒸汽压方程。该方程说明在强电场中水蒸汽的饱和蒸汽压将随电场强度的增加而减小的规律,定性地解释了在电场中水蒸汽在固体冷表面上凝华成核结霜的规律,并由实验得到证实。