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空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【期刊名称】《《节能技术》》【年(卷),期】2019(037)005【总页数】6页(P429-434)【关键词】空气源热泵; 蓄热; 除霜; 相变; 快速制热【作者】赵洪运; 邱国栋; 宇世鹏【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012; 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东青岛266101【正文语种】中文【中图分类】TU830 前言空气源热泵在低温(-5～5℃)高湿(相对湿度大于65%)地区(如我国长江中下游地区)供热运行时，室外换热器会结霜，霜层堵塞空气通道，不仅减小了空气的流量，同时也增加了空气与制冷剂的传热热阻，会影响系统的制热性能，随着换热器表面结霜面积和霜层厚度的增加，制热性能会进一步恶化，所以系统需要周期性除霜以维持正常的制热运行[1-2]。
现在被广泛应用的逆循环除霜技术在除霜时系统不仅不供热，还要从室内吸热用于除霜，由于室内风机关闭(避免吹冷风)，制冷剂吸热不足，导致除霜时间较长、除霜不彻底，再加上室内向室外的散热，最终导致室内温度大幅下降，白韡[3]进行了逆循环除霜的实验研究，研究结果表明，逆循环除霜时室内温度下降了8.1℃，如此大的温降必然会严重影响室内的舒适性，给用户造成“忽冷忽热”的感觉，不仅如此，除霜后期压缩机吸气压力过低，容易导致低压停机保护，所以有必要研发新的除霜技术来保证除霜期间室内的舒适性和系统运行的稳定性，同时减少除霜能耗，以提高系统的COP。
目前的除霜技术中，除了逆循环除霜技术外，还有热气旁通[4-5]、电加热除霜[6-7]、蓄热除霜[8]、显热除霜[9]、超声波除霜[10]、外加电场除霜[11]等方式，其中蓄热除霜因节能、可靠、除霜效果好而成为了近些年本领域研究人员的研究热点，近十年有大量的文献报道相关研究，本文对现有蓄热技术进行了综述，指出了现有蓄热技术的优点和缺点，并在现有蓄热除霜基础上，提出一种新的蓄热型空气源热泵系统。
空气源热泵除霜原理及除霜方式研究随着环保和节能意识日益提高，空气源热泵作为一种环保、高效、节能的供暖设备被越来越多的人所关注和使用。
在使用过程中，除霜是一个非常重要的问题，因为在低温环境下，空气源热泵容易结霜影响效率，甚至无法工作。
因此，本文将重点介绍空气源热泵除霜原理及除霜方式的研究。
一、空气源热泵除霜原理空气源热泵除霜的基本原理是将室外机表面结成的冰雪除去，使空气源热泵能够正常工作。
空气源热泵除霜的方法有三种：时间除霜、逆周期除霜、间歇除霜。
1. 时间除霜时间除霜是指空气源热泵在制热运行中定时启动除霜功能，一般设置在20~60分钟间隔，可以通过程序设定工作时间。
时间除霜的优点是简单易行，不需要多余的设备，只需通过程序设置即可。
但是时间除霜的不足之处在于不能根据室外温度的变化改变除霜间隔，如果室外温度过低，除霜间隔过短，容易影响热泵的正常运行。
此外，时间除霜在除霜期间不能进行制热，无法满足用户需要。
2. 逆周期除霜逆周期除霜是指在空气源热泵制热运行时，反向工作，将室外机的热量释放到室外，使室外机表面的冰雪融化。
逆周期除霜的优点在于它是根据室外温度的变化及时调整除霜间隔，避免了除霜时间过短或过长的问题，并且可以在除霜期间继续进行制热。
但是逆周期除霜需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。
3. 间歇除霜间歇除霜是指在空气源热泵制热运行时，当感应器探测到室外机表面出现冰霜时，立即启动除霜功能。
间歇除霜的优点在于它既可以根据室外温度的变化调整除霜频率，也可以避免除霜时间过长导致制热中断。
间歇除霜还可以根据不同的需求，选择合适的除霜频率和除霜时间，达到最佳的除霜效果。
但是间歇除霜同样需要使用阀门、电动阀等多余的设备，增加了设备的成本和维护难度。
二、空气源热泵除霜方式的研究除了上述三种常见的除霜方式外，随着技术的发展，还出现了一些新型的除霜方式：1. 离子风除霜离子风除霜是指通过发生器产生高能量的静电离子，将冷凝器和蒸发器表面的冰雪吹散。
热泵技术的发展现状与其展望【摘要】热泵技术是一种具有重要意义的能源技术，通过利用环境中的低温热源提供供热、制冷和热水等服务，实现能源的高效利用。
本文首先介绍了热泵技术的定义和重要性，然后分析了其历史发展、在不同领域的应用、当前的发展现状以及未来的发展趋势。
也探讨了热泵技术在节能减排中的重要作用，展望了其在未来的前景和应用前景。
热泵技术对于节能减排和保护环境具有重要意义，未来的发展前景十分广阔。
继续推动热泵技术的研发和应用不仅有助于提升能源利用效率，还能为建设清洁、低碳的能源体系做出重要贡献。
【关键词】关键词：热泵技术、发展现状、展望、历史、应用领域、节能减排、未来发展趋势、前景、应用前景、重要性1. 引言1.1 热泵技术的重要性热泵技术是一种高效节能的能源利用技术，其重要性不言而喻。
随着人们对能源资源的日益紧张和环境问题的逐渐凸显，热泵技术正逐渐成为解决能源和环境问题的重要手段。
热泵技术可以有效利用周围环境中的低品位热能，将其提升为可用的高品位热能，从而实现能源的高效利用。
热泵技术可以减少对传统能源资源的需求，降低能源开采和消耗对环境的影响，有利于生态环境的保护。
热泵技术还可以降低能源的使用成本，提高能源利用效率，对于推动节能减排和可持续发展具有重要意义。
热泵技术的重要性在于其改善能源利用效率、减少环境污染、降低能源成本等多方面的积极作用，对于推动能源革新、实现可持续发展具有重要意义。
1.2 热泵技术的定义热泵技术是一种利用外部能源驱动热泵系统，通过热力循环原理实现热量的传递和提取的技术。
它可以将低品质能量转换为高品质能量，实现热能的有效利用。
具体来说，热泵技术通过吸收低温环境中的热量，经过蒸发、压缩、冷凝和膨胀等过程，将热量传递到高温环境中，以实现升温或供暖的目的。
热泵技术是一种能够有效利用热能资源的技术，可以广泛应用于供暖、空调、热水等领域，有着重要的经济和环保意义。
在当前能源紧张和环境污染的形势下，热泵技术的发展将具有重要的现实意义和应用前景。
空气源热泵除霜技术研究进展
徐鹏;赵靖怡;李朝阳
【期刊名称】《制冷与空调》
【年(卷),期】2024(24)4
【摘要】综述国内外空气源热泵除霜技术的研究进展,针对目前对快速除霜和除霜兼顾制热能力等需求以及近些年相变蓄能技术的发展,介绍常规除霜方法的改进措施及目前研究热点,如补气除霜、不停机除霜、超声波除霜和智能除霜等技术。
研究发现,研究人员对常规除霜技术的完善一直没有停止,目前在兼顾室内舒适度的同时,空气源热泵除霜效率的提高与系统复杂度、技术要求、成本以及能耗等方面增加的矛盾仍然有待解决。
快速除霜和制热不停机除霜是空气源热泵未来除霜技术的发展方向。
【总页数】8页(P97-104)
【作者】徐鹏;赵靖怡;李朝阳
【作者单位】北京建筑大学供热、供燃气、通风及空调工程北京市重点实验室;北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU8
【相关文献】
1.空气源热泵新型除霜技术及智能除霜策略
2.空气源热泵结霜机理及除霜/抑霜技术研究进展
3.空气源热泵除霜技术研究进展
4.太阳能耦合空气源热泵结霜、除霜研究进展
5.基于霜层测量的空气源热泵除霜技术研究进展
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空气源热泵冬季结霜条件与除霜方法当空气源热泵机组在正常工况下运行时，蒸发器从周围空气中吸收热量，导致蒸发器翅片表面温度降低。
随着循环的进行，蒸发器翅片表面温度继续降低，直至低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便在翅片表面结露，若翅片温度低于0℃，其表面会出现结霜现象。
随着循环的继续进行，霜层会进一步加厚，逐渐覆盖整个蒸发器。
霜层的出现增大了空气和工质之间的换热热阻，严重阻碍了蒸发器的换热性能。
不仅如此，霜层的增厚还加大了空气流过翅片的阻力，降低了空气流量，导致蒸发器性能衰减。
这些问题都将导致热泵产品不能正常工作甚至损坏。
因此，采用合理有效的除霜方法显得尤为重要。
1、热电除霜通过在换热器上安装适当功率的电阻，当蒸发器上霜层积累到一定程度时，开关开启，电阻丝通电发热融霜。
这一方法简单易行，但从节能角度来看不可取。
2、逆循环除霜一种是在蒸发器盘管上安装温度传感器，通过检测室外盘管温度来判断是否结霜。
另一种是通过检测冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值来判断室外蒸发器是否结霜，即当蒸发器结霜后，其换热效率降低，导致冷凝器的换热量下降，盘管温度下降，当检测到冷凝器盘管温度与室温(或水温)的差值低于一定值时，可以判断室外换热器结霜较严重。
除霜时启动换向除霜程序，四通换向阀动作，改变制冷剂的流向，让机组由制热运行状态转为制冷运行状态，压缩机排出的高温气体通过四通阀切换至室外换热器中进行融霜，当室外盘管温度上升到某一温度值时，结束除霜。
3、制冷剂过冷放热除霜该方法是将冷凝器出来的制冷剂过冷后节流，再进入蒸发器以融化蒸发器上的霜层。
在制热工况的除霜状态下，4个电磁阀只打开一个，由冷凝器出来的液态制冷剂，从打开的电磁阀进入翅片换热器进行过冷放热除霜，再进入与打开电磁阀所对应的气液分离器。
从气液分离器出液口出来的制冷剂进入集液管，再经节流阀进入分配器，经过单向阀进入余下的3个管路进入蒸发器蒸发，气态制冷剂进入对应的气液分离器，然后从出气口汇集到集气管再经斯通换向阀进入压缩机，完成循环。
第37卷,总第217期2019年9月,第5期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.217Sep.2019,No.5空气源热泵蓄热除霜研究进展赵洪运1,2,邱国栋1,宇世鹏1(1.东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012;2.青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司,山东青岛266101)摘要:蓄热除霜因舒适性好,可靠性高,近年来成为研究热点。
本文综述了近十年来蓄热除霜的发展历程,包括蓄热器的形式、蓄热材料的种类、蓄热和除霜过程制冷剂的流程及对应的供热、除霜效果等。
综述结果表明,无论哪种蓄热除霜形式,都具有良好的除霜效果、室内舒适度和节能性。
但是现有的蓄热除霜系统中,蓄热器功能较单一(只用于除霜),除霜时室内舒适性还有进一步提升的空间。
为此,本文在现有蓄热除霜技术的基础上,提出了一种带有快速制热功能的蓄热除霜系统,可进一步提高除霜过程的室内温度和舒适性,同时在开机时能更快的使室内温度达到设定值,并从理论和实验角度分析了该系统的优势。
关键词:空气源热泵;蓄热;除霜;相变;快速制热中图分类号:TU83文献标识码:A文章编号:1002-6339(2019)05-0429-06Review of Heat Storage Defrosting of Air Source Heat PumpsZHAO Hong-yun1,2,QIU Guo-dong1,YU Shi-peng1(1.School of Energy and Power Engineering,Northeast Electric Power University,Jilin132012,China;2.Qingdao Economic&Technology Development Zone Haier Water-Heater Co.,Ltd.,Qingdao266101,China)Abstract:Heat storage defrosting is a research hotspot in recent years because of better indoor comfort and stability.This paper reviews the development of thermal storage defrosting in the past decade,inclu⁃ding the form of regenerators,the types of regenerative materials,the flow of the refrigerant during the heat storage and defrosting process,the corresponding heating and defrosting effects.The results demon⁃strate that all forms of heat storage and defrosting have a good defrosting effect,indoor comfort,and ener⁃gy saving.Nevertheless,the function of regenerator is simple relatively(heat is used only for defrosting), the indoor comfort can be further improved in the course of defrosting for the existing heat storage defros⁃ting system.In this respect,this paper presents a thermal defrosting system with fast heating based on the existing thermal defrosting technology,which can further improve the indoor temperature and comfort of the defrosting process.Meanwhile it is fast that the indoor temperature reaches set value after startup. The advantages of the system are analyzed from a theoretical and experimental perspective.Key words:air source heat pump;heat storage;defrosting;phase change;fast heating收稿日期2018-10-30修订稿日期2019-03-10基金项目:吉林省科技厅重大科技招标专项(20160203007SF);吉林市科技创新发展计划项目(201750221);吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(JJKH20180433KJ)作者简介:赵洪运(1995~),男,本科,助理工程师,主要从事家用热泵热水器的研发工作。
空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究共3篇空气源热泵延缓结霜及除霜方法研究1近年来，空气源热泵作为一种新型能源被广泛运用于房屋供暖、制冷以及热水供应领域。
然而，在使用过程中，热泵室外机会因为低温和湿度而出现结霜的问题，导致热泵的运行性能和效率受到严重影响。
因此，研究空气源热泵的延缓结霜及除霜方法显得相当重要。
一、空气源热泵的结霜原因空气源热泵的冷凝器室外风扇会吸入外界的空气，将冷媒的热量通过换热器散发到外界，同时将空气中的水蒸气也带入冷凝器中。
当冷凝器表面温度小于空气中的露点温度时，水蒸气就会在冷凝器表面凝结成霜或冰。
长时间的结霜会导致热泵的效率降低，甚至会损坏设备。
二、空气源热泵结霜的解决方法1.升高室外空气温度：增加热泵的室外机的温度可以大大减少结霜的产生。
可以通过将室外机安装在遮挡物下、加装遮阳板等方式升高温度。
2.排水系统的修复：检查排水系统中是否存在堵塞或者破损的情况，及时修复。
3.采用多联机空气源热泵：采用多联机方式，增加冷凝器的数量，使每个冷凝器的负荷降低，结霜减少。
4.加装电辅助热棒：在空气源热泵负荷较轻的情况下，可以通过加热热泵表面进行除霜。
缺点是需要增加电费，且会导致系统效率下降。
三、空气源热泵的除霜方式1.制热模式下周期性除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面出现结霜时，通过周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜，此时热泵室内风机停止运行。
2.制热模式下强制除霜：当热泵处于制热模式下，当冷凝器表面结霜厚度达到一定程度，系统将自动启动强制除霜功能，此时热泵室内风机停止运行，室外机的电加热器开启使冷凝器表面融化。
3.制冷模式下周期性除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率超过一定程度时，在室内温度不低于设定温度的情况下，系统周期性反向运行热泵来使热泵室外机除霜。
4.制冷模式下强制除霜：当热泵处于制冷模式下，当冷凝器表面结霜良率达到一定程度时，系统将自动实行强制除霜功能。
综上所述，为了提高空气源热泵的效率和使用寿命，延缓结霜和除霜是非常重要的。
北方地区低温环境下空气源热泵应用研究摘要随着清洁供暖深入推进和“煤改电”政策的落实，空气源热泵以优异的节能效果、良好的用户体验、使用维护方便等显著优点，成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种。
空气源热泵在低温环境下应用时，突出问题是制热能力受室外温度波动和结霜严重程度的影响。
本文结合低温环境下空气源热泵应用现状和典型问题，针对低温环境情况，进行空气源热泵应用的适宜性研究和应用时的关键技术指标计算方法的研究，提出提高低温环境下空气源热泵应用性能的建议和措施，以促进空气源热泵技术在清洁供暖应用领域的推广应用。
关键词空气源热泵；低温环境；应用适宜性；计算方法；建议；措施1 北方地区空气源热泵应用现状和典型问题分析空气源热泵在北方地区低温环境下的推广和应用，关注的焦点就是它的应用受到气候条件的约束，热泵机组出现的突出问题是制热能力受室外温度波动和结霜程度的双重影响。
2 低温环境下空气源热泵应用的适宜性研究2.1低温环境下空气源热泵应用的适宜性研究按照《民用建筑热工设计规范》（GB50716-2016）的建筑热工设计原则[1]，建筑热工设计区划分为两级。
其中，严寒、寒冷地区的建筑热工设计区划指标见表1所示。
表1 建筑热工设计区划指标及设计要求[4]一级区划名称区划指标二级区划名称区划指标主要指标辅助指标严寒地区（1）t min.m≤-10℃145≤d≤5严寒A区（1A）6000≤HDD18严寒B区（1B）5000≤HDD18＜6000严寒C区（1C）3800≤HDD18＜5000寒冷地区（2）-10℃＜t min.m≤0℃90≤d≤5＜145寒冷A区（2A）2000≤HDD18＜3800CDD26≤90寒冷B区（2B）CDD26＞90北方地区的严寒B区气候酷寒，极端最低温度低于-30℃，可选择-35℃超低温空气源热泵；严寒C区气候寒冷，极端最低气温在-25℃左右，宜选择-25℃超低温空气源热泵，可保证供暖期的正常启动和运行；寒冷A区和寒冷B区冬季平均气温在0℃左右，冬季供暖期气候整体比严寒地区温和，寒冷A区可选择配备低温空气源热泵以应对极端最低气温，寒冷B区选择常规空气源热泵即可。
空气源热泵结霜问题的研究现状与发展(郑州轻工业学院机电工程学院，河南郑州450002)摘 要本文主要讨论了空气源热泵结霜问题，介绍了近十几年来简单几何表面霜层的基本特性及其生长的数学模型，空气侧换热器结构参数对结霜特性的影响、翅片型式对空气源热泵机组结霜特性的影响，并对其发展趋势进行总结。
关键词 空气源热泵；结霜；除霜；结构参数；综述Current status and development of air source heat pump underfrosting conditionsCui Shuai(School of Electromechanical Science and Engineering,Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)Abstract The purpose of this paper is to discuss the frosting problem of air-source heat pump, reviews the basic properties，mathematical models of frost formation of frost formation on the simple geometrical surface and research on frosting characteristic of air source heat pump under different structure parameters of airside heat exchanger, effects of fin type of evaporator on frosting characteristics of air source heat pump unit in recent decade years, and summarizes its development trend.Key words air-source heat pump; frosting; defrosting; structure parameter; review空气源热泵可以利用环境空气中的低品位热能，因此具有节能和环保的双重优势。
但其自身特点导致其在使用中具有局限性，主要问题之一就是，在气温较低且相对湿度较大的地区制热运行时蒸发器会结霜。
霜层不仅会形成附加热阻，而且会增加空气流动阻力，导致风机流量减小，使空气源热泵系统性能恶化，甚至影响其正常工作，引起压缩机烧毁等事故。
因此，为了保证空气源热泵可靠、高效工作，必须对其进行周期性除霜，这不仅会影响供热空间的舒适性，而且在除霜运行时会产生能量损失。
结霜问题的研究开始于上世纪30年代。
上世纪50年代至60年代，国外学者进行了大量的研究工作，至今空气源热泵结霜问题依然是个热门研究课题。
本文对空气源热泵结霜问题的研究现状进行分析和总结。
1 霜层基本特性研究[1 ]霜层基本特性研究主要是针对简单几何表面，如平板、圆柱体及平行板等，探索霜层的密度、导热系数、霜层增长规律、热流密度以及上述参数的影响因素等。
1.1霜层基本特性经验关系式Yang D. K.等[2 ]总结了12 位研究人员提出的预测霜层特性的经验关系式并进行对。
虽然研究人员根据各自的实验结果归纳出众多实验关系式,但是由于这些关系式将霜层特性表示为一个或几个特定结霜参数的函数,而且实验条件有各自不同的局限性,因此这些经验关系式均有其特定的使用范围,固有误差较大。
1.2霜层生长特性的数值预测从掌握的文献资料来看,已有的分析结霜的模型大致可分为2 类。
第一类数学模型是将扩散方程应用于霜层以预测霜物性,然后应用湿空气侧传热传质系数经验关系式计算传热、传质量,无须求解霜层外的气流流动。
目前广泛应用的方法是将霜层作为多孔介质处理,这类模型仍有几个与质量扩散有关的系数需要确定。
Brian P. L. T.等和Jones W. B. 等认为霜表面的水蒸气分为2 部分:一部分通过扩散进入霜层内部,然后凝华成霜增加霜密度;另一部分在霜表面凝华成霜增加霜层厚度,这种方法被以后的研究人员广泛采用。
他们考虑了霜层内部的水蒸气扩散过程,基于凝华生热及霜密度在结霜过程中均匀分布的假定,提出了预测霜层生长特性的通用模型,但在靠近壁面处该模型预测霜密度并不成功。
Hayashi Y.等认为霜密度的变化本质上取决于霜层表面温度,在结霜过程中,霜的表面温度随时间变化。
他们用显微摄影的方法研究了霜层的形成过程,发现霜层由初始阶段的树枝状冰柱慢慢在枝端分枝网化后,进入生长的准稳态时期。
根据霜层结构不同可将霜层形成过程分为霜晶生长期、霜层生长期和霜层充分生长期3个阶段,每一时期霜层表面温度各不相同,随结霜时间的延长霜层表面温度逐渐增大,由此霜层密度也逐渐升高。
Hayashi提出霜是由冰柱和冰-空气混合物2部分组成,霜层导热由2部分并联而成,并提出霜层有效导热系数和密度关系式,该模型结构与霜层充分生长期实验数据吻合较好。
Padki M. M. 等提出以时间和位置为自变量计算换热量、结霜速度、霜层厚度及表面温度的简化方法,对流换热系数、传质系数等用经验关系式计算,同时通过调整霜密度和导热系数来计算由于在霜层顶端发生融化-再结霜现象引起的霜层结构的改变。
Tao Y. X.等认为假定整个霜层内密度均匀与实际情况不符,难以全面描述霜层生长过程。
他们在Hayashi的理论基础上,考虑了霜层内霜密度和温度在空间上的分布和随时间的变化,并将多孔介质控制容积平均技术应用于模型, 提高了模型的精确性。
LeGall R.等对Tao Y. X.的模型的边界条件和霜层内多孔介质中水蒸气渗透过程作了修正,假定霜表面上水蒸气为饱和状态,多孔介质中水气的传递主要是由水蒸气分压力梯度引起,重点研究了水蒸气在霜层内的有效扩散系数,得到了霜层内部密度、温度及导热系数分布情况,并与实验结果进行对比。
Chen H.等建立了平板上霜层动态生长特性的数学模型,他们对Tao Y. X. 的物理模型作了3点修正,忽略了霜层的初始生长段,在霜层充分发展段,给定冷板表面上合理的边界条件,并在空气-霜界面上使用传热系数及传质系数的经验关系式。
模拟结果与实验数据吻合很好。
Sahin A. Z.依据结晶原理和成核理论,应用霜层中的扩散过程,建立了预测霜层有效导热系数的数学模型,计算结果表明,结霜初始阶段的霜层导热系数不仅与霜密度有关,而且与霜层中的水蒸气扩散、凝华结霜及冰晶结构有关。
另一类分析结霜的数学模型是利用边界层内质量平衡、能量平衡、状态方程,湿空气侧传热传质系数的计算通过数值求解流场、温度场或使用经验关系式,霜层导热系数、密度和水蒸气扩散系数等则应用经验关系式。
这类模型数值预测结果的精度往往取决于所选择的经验关系式。
Sherif S. A. 等利用半经验动态模型模拟强迫对流中平板表面结霜过程,模型中使用了已有的计算对流换热系数、霜层导热系数和密度的经验关系式,用Lewis分析法计算质量传递系数和焓传递系数,用Euler法求解霜层的温度和厚度。
RajuS. P.则用有限差分法数值求解动量方程、能量方程、边界层扩散方程及连续方程,使用霜层导热系数和密度经验关系式计算传递参数。
IsmailK. A. R.等数值求解流场、温度场、湿度场,得到当地传热传质系数,然后用于求解霜层生长的二段模型,以预测圆柱体周围霜密度、厚度及温度。
Yang D. K.等数值求解了平板上湿空气层流流动方程,模型中当地霜物性使用经验关系式。
随着数值计算技术和硬件的不断进步,研究人员开始尝试同时求解湿空气和霜层2个子区域,在移动分界面上用边界条件耦合2个控制方程组,移动边界用迭代方法求解。
以上所有这些预测结霜特性的模型均是建立在假定霜层表面湿空气为饱和状态的基础上,且没有考虑冷表面结霜初期的成核过程。
Na B.等通过对冷表面结霜成核过程的理论分析,提出冷壁面上空气应达到过饱和状态才能形成霜核的观点,而过饱和度取决于与水滴接触角有关的表面能。
实验数据表明,当表面温度低于- 20 ℃,接触角相差约80°时,低能表面所需的过饱和度比高能表面约高10倍。
2004年,Na B.等用边界层分析法建立了计算霜层表面上过饱和度的简化方程,并与实验结果进行了对比。
结果表明,提出的计算霜层表面水蒸气过饱和度的方程与实验结果符合很好。
在此基础上,Na B.等提出了新的预测霜沉积及生长率的过饱和模型: ①使用霜表面水蒸气过饱和条件; ②使用改进的霜层导热系数公式; ③使用合理的弯曲因子; ④计算当地霜密度变化。
实验测量了冷壁面上霜层增长率,并与数值模拟结果进行比较,误差在15 %以内。
同时,与其他研究人员的实验数据进行比较,结果表明过饱和模型比饱和模型要好。
Mago P. J .等提出了计算过饱和湿空气物性,特别是温湿图中低温区过饱和湿空气物性的方法,建立了过饱和结霜条件下叉流式圆柱面及平板上热质传递的半经验模型。
Lee Y. B.等假设在霜表面上水蒸气为过饱和状态,对模型进行修正,得到控制霜层密化和厚度增长的2个参数。
总之,过饱和模型考虑了结霜表面Gibbs能障对结霜成核过程的影响,更符合结霜问题的实际情况,将是以后建立霜层生长特性数学模型的发展方向。
2 空气侧换热器结构参数对结霜特性的影响空气源热泵冷热水机组在气温偏低且相对湿度较高的地区,热泵运行时,空气侧换热器容易结霜,霜层增加导热热阻,降低传热系数,供热量下降,机组不能正常工作.因此,冬季空气侧换热器结霜是影响其应用和发展的主要问题.国内外学者做了大量的研究与实践,但还没有比较完善的全年运行工况的数学模型.因此,笔者[3]在前人研究空气源热泵冬、夏季工况数学模型基础上,采用分布参数法对微分方程进行离散求解.分析了空气侧换热器不同结构参数下,对机组结霜特性的影响,寻求对结霜特性影响最小的最佳结构参数,以提高机组综合运行性能。
2.1 计算工况及方法2.1.1 计算工况空气源热泵冷热水机组在我国适用4个地区:低温结霜区济南、北京、郑州、西安等,这些地区冬季气温低于-10℃,相对湿度较低,不易结霜;轻霜区桂林、重庆等,这些地区结霜不明显或对供热性能影响小;重霜区:成都、长沙等,这些地区相对湿度大,温度处于易结霜范围内;一般结霜区上海、杭州、南京、武汉等.笔者以处于不同结霜区的桂林、成都、杭州为例进行模拟计算。
2.1.2 计算方法采用分布参数法对空气侧换热器建模,即将换热器按制冷剂流动方向划分为许多微小单元,分别对每一微小单元建模,使每一微小单元的制冷剂出口参数成为下一微小单元的制冷剂入口参数,所有微小联合构成了整个换热器的模型,此方法建模精度高,但计算量大。
