【摘要】：空气源热泵具有高效节能、安全环保、应用广泛等优点,但结霜问题一直是限制其发展的主要问题之一。霜层一方面增加了换热器表面的导热热阻,一方面使空气流通阻力增大、空气流量减小,从而导致风冷换热器COP降低。因此研究换热器表面的霜层生长特性对于热泵的优化节能具有指导性意义。本文对翅片管换热器的结霜特性进行了理论模拟和实验研究。数值模型中假定霜层生长过程为准稳态过程且霜层分布均匀,利用能量守恒方程与传热传质方程对换热器的霜层生长特性进行仿真,模拟了不同环境工况、载冷剂入口温度以及翅片结构对换热器霜层生长特性的影响。为了验证该模型的准确性,在焓差法空调性能实验室的基础上搭建了翅片管换热器结霜动态特性测试实验台。制冷剂采用50%的去离子水-乙二醇溶液,由低温恒温水槽提供冷源。实验中测量了换热器壁面温度、空气进出口温湿度、换热器前后空气压差等参数随时间的变化,并以此为基础分析了环境工况参数、载冷剂入口温度、翅片类型、翅片间距等参数对霜层厚度、总结霜量、空气压差、换热量的影响。具体结论如下:(1)数值模拟与实验结果具有较好的一致性,霜层厚度、结霜量、空气压差及换热量随结霜时间的变化趋势是一致的,理论值与实验偏差均在30%以内。(2)在不同的载冷剂入口温度下,换热器霜层厚度、总结霜量、空气侧压差及换热量均随着载冷剂入口的降低而增大。但是,载冷剂入口温度越低,换热器稳定运行周期越短且结霜后期换热量衰减速度越快。对于载冷剂温度为-25℃、-20℃、-15℃的工况,换热器稳定运行周期分别约为20min、35min、70min。(3)在不同的迎面风速下,总结霜量、换热量、霜层密度及稳定运行周期均随着迎面风速的增大而增大,但是迎面风速对霜层厚度的影响并不明显。实验发现:结霜至75min时,迎面风速为1.4m/s、1.7m/s、2.0m/s的换热器*大换热量分别降低了48%、32.5%、14.5%。(4)在不同的空气温度(≤0℃)及相对湿度条件下,实验结果表明:霜层厚度、空气侧压差、换热量随着空气入口温度及相对湿度的降低而减小。但是换热器总结霜量却随着空气温度及相对湿度的降低而增大,这说明空气温度及相对湿度越低,霜晶密度越大。(5)对于平板型、波纹型、开窗型三种翅片管换热器,实验发现:在结霜工况条件下采用波纹片时换热器在整个结霜周期中的平均换热量*大,开窗片次之,平片*小。(6)对于不同翅片间距(1.6mm-2.8mm)的换热器,实验结果表明:翅片间距越大,霜层厚度增长速度越快,但是,在相同的结霜时间内,翅片间距对换热器的总结霜量几乎没有影响。另外,通过对不同翅片间距的换热器的换热效果的综合比较,实验发现翅片间距为1.9mm的换热器在整个结霜周期中的平均换热量*大。