凝华结霜现象的基本传热传质规律

通过对凝华结霜现象中热质交换过程的分析, 建立了基本的传热传质方程．     

受限空间圆管表面结霜特性及换热性能实验研究

为了优化换热器结构以提高其除霜性能,通过水平圆管结霜可视化实验台对受限空间内结霜过程进行了实验研究,分析了霜层厚度沿管长方向的生长规律、结霜量和热流量随时间的变化规律,以及湿空气初始流速、温度、相对湿度和管壁温度等因素对圆管表面结霜量和热流量的影响。实验结果表明:结霜初期,霜层厚度沿管长方向逐渐升高;之后,圆管中部的霜层最厚,靠近入口的霜层厚度最小;融霜最先发生于空气流道出口处;结霜量随时间延长呈现增长趋势,而热流量呈现先增大后减小的趋势;较高的湿空气流速、湿空气温度、相对湿度和较低的壁面温度对应较大的结霜量和热流量,其中管壁温度对结霜量和热流量影响相对较小。实验所获得的结霜特性与换热规律对换热器设计具有一定的参考价值。     

翅片管换热器结霜过饱和模型

在改进现有霜表面水蒸气过饱和度计算公式的基础上,建立了翅片管换热器结霜过饱和模型,计算出了4个随时间变化的参数:结霜量、能量传递系数、霜层密度和厚度.实验数据表明,该模型能够有效地预测翅片管换热器结霜过程中的传热和传质现象.     

空气源热泵热水器化霜方法的研究

阐述了空气源热泵热水器的结霜特性,分析了热泵热水器化霜时与空调器不同的特征,提出了采用检测冷凝器温度与水温的差值来判断室外蒸发器是否结霜、检测室外热交换器盘管温度来判断除霜是否完成的两器盘管温度综合判断除霜法。     

冷铜表面上水滴冻结时的变形

研究了水滴和花生油液滴在冷铜表面的冻结过程. 实验中观察到水滴冻结时与冷表面接触的底面形状不变, 但在垂直于底面的方向上发生明显生长. 冻结的末尾阶段水滴顶部出现小的突出, 但花生油冻结时几乎不发生形状变化且无突出产生. 提出了对此现象的解释, 认为形状变化和突出的形成是冻结过程中相变造成的体积膨胀和表面张力共同作用所致. 采用这一理论建立了相应的数学模型, 计算出的水滴冻结后的形状与实验结果能够很好地吻合. 对实验中观察到的液滴突出部霜的生长快于其他位置的现象进行了分析.     

外电场对自然对流条件下霜层生长影响的实验研究

研究了自然对流条件下直流电场对竖直表面上霜层的厚度和结霜质量的影响.拍摄了有、无电场的情况下霜层生长的照片，发现外加电场可以控制霜层的厚度.另外，还分别研究了在电场条件下冷壁温度和环境温度对霜层厚度和结霜质量的影响.实验结果表明： 在电场条件下，冷壁温度能够影响霜层的厚度，但对霜层质量影响较小；环境温度能够明显地影响霜层的质量，但对霜层的厚度影响较小.     

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.     

初始成长阶段霜层特性实验研究

对自然对流条件下水平表面的初始结霜过程进行了实验研究.在壁温为-34～-19 ℃范围内,利用显微镜对霜层成长过程进行了一系列显微观测,应用双曝光全息干涉法测量了霜层表面温度和周围温度分布,还测量了通过冷壁面的热流密度和霜层厚度随时间的变化.获得了霜层有效导热系数和霜表面与环境空气间的自然对流传热系数,并关联为准则关系式.霜层初始成长阶段与充分成长阶段有着显著不同的特性.随着霜层的形成和成长,霜层表面温度逐渐升高,霜层厚度增加速率减缓,有效导热系数迅速降低,自然对流传热系数也减小.冷壁面温度低时,自然对流传热系数较大,霜层成长初期厚度增加也较快,但对有效导热系数影响不大,仅为冰导热系数的11.7 %～1.7 %.     

冷表面结霜的微细观可视化研究

为研究冷表面上结霜的微细观过程以及表面湿润性对该过程的影响,对空气中水蒸气在铜裸面及疏水性涂层上的结霜过程进行了微细观可视化研究。实验中冷面温度为-10℃。发现结霜过程并非单纯的凝华过程,而是经历了水珠生成、长大、冻结、初始霜晶生成以及霜晶成长(包括部分霜晶的倒伏)过程。与铜裸面相比,疏水面上水珠分布的较为稀疏,粒径较大,冻结较晚,初始霜晶较迟出现,霜晶高度较低。所有这些都说明疏水性表面可以延缓霜的形成及成长。     

吸水性涂层在霜层生长初期的抑霜

研究吸水性涂层对霜层生长过程的影响,以寻求抑制结霜的有效方法.通过自行设计的试验设备对吸水性涂层表面上霜层生长特性进行试验研究,获取了不同时段霜层的显微图片,采用数字图像处理方法对其分析,与无涂层的铜表面进行对比.结果表明,吸水性涂层使得结霜时间推迟,霜层高度下降,冰晶体分布稀疏.此外霜层生长初期冰晶体的结构发生了变化,晶体呈倒立状,在某个时段内持续这种状态.对列固含率的分析表明,吸水性涂层的表面在初期有些位置冰晶体含量较高,但有些位置则接近于零,这样的霜层在生长初期甚至加强了热传递.最后通过对比不同表面霜层高度随时间的变化规律发现:吸水性涂层在初期抑霜效果最好,随着时间的推移其抑霜能力逐渐下降.