《疏水性翅片管換熱器表面融霜特性與系統耦合機制》是依託東南大學，由梁彩華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：疏水性翅片管換熱器表面融霜特性與系統耦合機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：梁彩華
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
空氣源熱泵冬季運行存在結霜問題，嚴重影響性能，掌握翅片管換熱器表面的融霜特性與系統耦合機制是空氣源熱泵融霜過程最佳化的基礎。本項目提出一種可實現融霜過程系統參數調節的新型除霜方式- - 顯熱除霜，採用理論、實驗和模擬相結合的方法，探析基於顯熱除霜的疏水性翅片管換熱器表面的融霜特性。理論分析與可視化實驗揭示除霜過程中翅片表面霜層融化、水膜運動的細微觀物理特徵，探索翅片表面的疏水特性對水膜流動強化的作用機制，闡明由其引起的各融霜流路換熱非均勻性的機理，揭示製冷劑、翅片、霜層、水膜和空氣的熱質傳遞規律，建立非平衡過程的翅片管換熱器融霜數理模型，進而構建出空氣源熱泵除霜循環模型，揭示融霜時系統巨觀參數與系統融霜特性的耦合機制，提出空氣源熱泵融霜過程最佳化控制策略，採用非平衡熱力學，最佳化除霜循環熱力學特性，構建空氣源熱泵除霜循環最佳化與評價方法。本研究將為融霜過程最佳化與探索新型空氣源熱泵除霜方法提供理論基礎。
結題摘要
空氣源熱泵冬季制熱運行存在結霜問題，嚴重影響性能，掌握翅片管換熱器表面的融霜特性與系統耦合機制是空氣源熱泵融霜過程最佳化的基礎。本項目採取理論分析、建模仿真和試驗研究相結合的方法，系統地揭示了翅片管換熱器表面的融霜特性，為融霜過程最佳化與探索新型除霜方法提供了理論基礎。以單個翅片為研究對象，通過實驗手段實現了結霜/融霜過程細微觀物理特徵的可視化觀測和霜層熱工特性參數的測量，探究了具有不同接觸角的翅片表面對結霜/融霜過程的影響，揭示了疏水性翅片的抑霜和融霜機理。結果表明，接觸角越大的表面其抗凝露和抑霜效果越好。融霜時，超疏水表面的霜層能夠整體從表面快速脫離，有利於縮短融霜時間和減少耗熱量。重點研究了翅片表面融霜水的滯留機理及影響因素，指出接觸角滯後△θ是造成融霜水滯留的原因，接觸角θ則決定了滯留液滴的形態，並且翅片表面存在最大滯留液滴，其半徑由θ和△θ共同決定。融霜水在親水表面鋪展形成薄薄的水膜，而在超疏水表面凝聚成微小的球形水珠，且分布稀疏，超疏水表面的滯留水量比親水表面減少了79.8%。普通表面的滯留水量及分布受結霜程度影響，而超疏水表面則不受影響，改變融霜溫度對融霜水滯留幾乎沒有影響。建立了滯留融霜水的預測模型，研究了θ和△θ對最大滯留液滴半徑、分布密度及滯留水量的影響，當接觸角在110°～150°範圍內，該模型精確度較高。以翅片管換熱器為研究對象，基於顯熱除霜方式，模擬研究了除霜過程中製冷劑溫度、流量對除霜效率和時間的影響。同時，通過構建翅片管換熱器結霜/融霜實驗系統，研究了親水型、普通型和超疏水型翅片管換熱器的結霜/除霜特性。結果表明，超疏水型換熱器的抑霜效果最佳。親水型、普通型和超疏水型翅片管換熱器表面的滯留水量占結霜量的比例依次為27.5%、25.2%和18.1%，超疏水型翅片管換熱器除霜耗時短，消耗能量少，選用這類翅片管換熱器更有利於空氣源熱泵的高效運行。以空氣源熱泵系統為研究對象，建立了空氣源熱泵除霜循環的系統模型，該模型能夠有效預測空氣源熱泵結霜/除霜過程中系統性能的變化規律與傳熱傳質現象。通過構建空氣源熱泵除霜實驗系統，對顯熱除霜和逆向除霜方式進行了對比分析，比較了除霜過程中壓縮機吸排氣壓力、壓縮機功率、供水溫度、能耗等參數，總結了兩種除霜方式的優缺點，為進一步研究空氣源熱泵除霜控制策略提供了基礎。
