【摘要】：空氣源熱泵具有高效節能、安全環保、應用廣泛等優點,但結霜問題一直是限制其發展的主要問題之一。霜層一方面增加了換熱器表面的導熱熱阻,一方面使空氣流通阻力增大、空氣流量減小,從而導致風冷換熱器COP降低。因此研究換熱器表面的霜層生長特性對于熱泵的優化節能具有指導性意義。本文對翅片管換熱器的結霜特性進行了理論模擬和實驗研究。數值模型中假定霜層生長過程為準穩態過程且霜層分布均勻,利用能量守恒方程與傳熱傳質方程對換熱器的霜層生長特性進行仿真,模擬了不同環境工況、載冷劑入口溫度以及翅片結構對換熱器霜層生長特性的影響。為了驗證該模型的準確性,在焓差法空調性能實驗室的基礎上搭建了翅片管換熱器結霜動態特性測試實驗臺。制冷劑采用50%的去離子水-乙二醇溶液,由低溫恒溫水槽提供冷源。實驗中測量了換熱器壁面溫度、空氣進出口溫濕度、換熱器前后空氣壓差等參數隨時間的變化,并以此為基礎分析了環境工況參數、載冷劑入口溫度、翅片類型、翅片間距等參數對霜層厚度、總結霜量、空氣壓差、換熱量的影響。具體結論如下:(1)數值模擬與實驗結果具有較好的一致性,霜層厚度、結霜量、空氣壓差及換熱量隨結霜時間的變化趨勢是一致的,理論值與實驗偏差均在30%以內。(2)在不同的載冷劑入口溫度下,換熱器霜層厚度、總結霜量、空氣側壓差及換熱量均隨著載冷劑入口的降低而增大。但是,載冷劑入口溫度越低,換熱器穩定運行周期越短且結霜后期換熱量衰減速度越快。對于載冷劑溫度為-25℃、-20℃、-15℃的工況,換熱器穩定運行周期分別約為20min、35min、70min。(3)在不同的迎面風速下,總結霜量、換熱量、霜層密度及穩定運行周期均隨著迎面風速的增大而增大,但是迎面風速對霜層厚度的影響并不明顯。實驗發現:結霜至75min時,迎面風速為1.4m/s、1.7m/s、2.0m/s的換熱器*大換熱量分別降低了48%、32.5%、14.5%。(4)在不同的空氣溫度(≤0℃)及相對濕度條件下,實驗結果表明:霜層厚度、空氣側壓差、換熱量隨著空氣入口溫度及相對濕度的降低而減小。但是換熱器總結霜量卻隨著空氣溫度及相對濕度的降低而增大,這說明空氣溫度及相對濕度越低,霜晶密度越大。(5)對于平板型、波紋型、開窗型三種翅片管換熱器,實驗發現:在結霜工況條件下采用波紋片時換熱器在整個結霜周期中的平均換熱量*大,開窗片次之,平片*小。(6)對于不同翅片間距(1.6mm-2.8mm)的換熱器,實驗結果表明:翅片間距越大,霜層厚度增長速度越快,但是,在相同的結霜時間內,翅片間距對換熱器的總結霜量幾乎沒有影響。另外,通過對不同翅片間距的換熱器的換熱效果的綜合比較,實驗發現翅片間距為1.9mm的換熱器在整個結霜周期中的平均換熱量*大。