空气源热泵蒸发器结霜及换热性能的研究

    符  号

    a—空气的导温系数,m²/s

    A—面积,m²

    Cp—定压比热,kJ/kg•℃

    d—含湿量,kg/kg_干

    D—水蒸气分子在空气中的扩散系数,m²/s

    Do—管外径,m

    G—质量流量,kg/s

    H—肋片高度,m

    M—结霜量,kg

    m—翅片的状况参数

    rfr—水蒸气变为霜的潜热,J/kg

    u—风速,m /s

    Q—换热量,W

    w—蒸发器的厚度,m

    Pa—空气的总压力,Pa

    T–温度,K

    s₁—管间距,m

    s₂—管排间距,m

    r₁—水蒸气凝露潜热,kJ/kg

    r₂—从凝露到结霜的潜热,kJ/kg

    Q—密度,kg/m³

    L—动力粘度系数,Pa•s

    S—时间,s

    D—厚度,m

    K—导热系数,W /(m•℃)

    η_fin翅片效率

    φ—相对湿度

    ps—湿空气干球温度下水蒸气的饱和压力,Pa

    B—湿空气的总压力即大气压力,Pa

    下  标

    a—空气侧

    f—迎风

    fr—霜

    0—肋基

    t—总和

    s—饱和

    fin—肋片

    1 前言

    我国大部分地区处于季风气候区,其特征为四季分明,冬天普遍需供暖,夏季需供冷,同时冬季除少数北方地区外,大部分地区冬季温度偏高,尤其是黄河、长江流域。据气象部门统计黄河流域以南冬季平均温度在-8~0℃之间,而长江流域以南冬季平均温度在-3~3℃,这些地区正适合热泵使用,所以热泵在我国有广泛的应用前景。但同时我国热泵适宜应用的地区普遍湿度比较大,例如长江以南相对湿度一般都在75%以上。

    在低温高湿的环境下,风冷热泵室外侧蒸发器极易结霜,而结霜对于热泵的正常运行有着很大的影响。随着霜层厚度的增加,逐渐堵塞了蒸发器,使通过蒸发器的空气流量越来越小,最终完全堵塞蒸发器,同时霜层的导热热阻逐渐增大,严重影响了热泵的制热量,甚至由于制冷剂不能在蒸发器中蒸发而进入压缩机从而引起事故,结霜初期结霜所带来的好处与此相比可以说是微不足道的,结霜给风冷式热泵带来相当大的危害[1]。所以对热泵蒸发器结霜进行分析研究是非常必要的。

    各国学者对简单的几何形面物体,如平板、圆柱、同心圆等结霜的研究已经进行的比较深入[2,3],但对于翅片管蒸发器结霜的研究相对较少,而且大部分学者仅进行实验研究[4,5],很少进行理论研究。因此,对风冷热泵在霜工况蒸发器性能的影响进行理论研究是必要的,对提高在霜工况下热泵系统的效率具有重要的现实意义。