發(fā)布時間：2020-11-19 02:39

【摘要】：在我國很多南方城市,冬季沒有集中供暖措施,但空氣濕冷,體感溫度很低。而空氣源熱泵既節(jié)能又環(huán)保,是良好的采暖設(shè)備。但是空氣源熱泵的室外機(jī)蒸發(fā)器會出現(xiàn)不同程度的結(jié)霜問題。霜層的存在會嚴(yán)重影響熱泵機(jī)組的運(yùn)行,降低機(jī)組的COP,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。因此,需要采取一些措施對熱泵機(jī)組的室外機(jī)進(jìn)行除霜,以確保機(jī)組的正常運(yùn)行。目前國內(nèi)外常用的針對空氣源熱泵室外機(jī)的除霜方法大多會影響室內(nèi)舒適度或者消耗額外能源。本課題組基于超疏水理論及技術(shù),對蒸發(fā)器翅片表面進(jìn)行改性處理,提出了一種從根本上進(jìn)行抑霜的方法,既不影響熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行,又能延緩或抑制霜層的形成。本文通過理論機(jī)理分析和實驗以及模擬的方法研究其抑霜性能。本文首先通過理論機(jī)理分析,得出當(dāng)表面接觸角越大時,水珠與冷表面的傳熱熱阻越大,霜層越難生長的結(jié)論。然后采用氫氟酸和鹽酸進(jìn)行化學(xué)刻蝕、用氟硅烷進(jìn)行表面修飾的超疏水鋁基表面制備技術(shù),制備出平均接觸角為154.6°的超疏水鋁基表面,并且研究了氟硅烷修飾時長與接觸角之間的關(guān)系。實驗表明:當(dāng)氟硅烷修飾時間為40min時修飾效果最佳,所制備的換熱器翅片鋁基表面達(dá)到超疏水效果。通過電鏡掃描觀察,疏水表面所形成的迷宮狀微納結(jié)構(gòu),是鋁基表面具備超疏水性的關(guān)鍵因素。為測試超疏水鋁基表面的抑霜性能,本文搭建了抑霜性測試實驗系統(tǒng),對豎直常規(guī)鋁基表面和超疏水鋁基表面的結(jié)霜和融霜過程進(jìn)行了研究。實驗中鋁基表面的溫度變化范圍為0℃~-15℃,表面風(fēng)速設(shè)置為1m/s~3m/s,環(huán)境空氣溫度為10℃,相對濕度為70%。結(jié)果顯示,當(dāng)溫度為0℃至-2℃時,鋁基表面會出現(xiàn)冷凝水珠,超疏水鋁基表面較常規(guī)鋁基而言,出現(xiàn)冷凝水珠的時間有150s~200s的延遲;當(dāng)溫度為-3℃至-4℃時,兩種鋁基表面均表現(xiàn)為先出現(xiàn)冷凝水珠,后冷凝水珠凍結(jié)成冰珠的現(xiàn)象,除了超疏水鋁基表面較常規(guī)鋁基出現(xiàn)冷凝水珠的時間有90s~100s的延遲之外,超疏水鋁基表面的冰珠體積細(xì)小,數(shù)量少,而常規(guī)鋁基表面的水珠體積大,數(shù)量多;當(dāng)溫度低于-5℃時,兩種鋁基表面直接出現(xiàn)針狀霜層,且超疏水鋁基表面的霜層厚度更小,表現(xiàn)出明顯的抑霜效果;風(fēng)速的變化對常規(guī)鋁基表面霜層的形成有較大的影響:當(dāng)風(fēng)速變大時會加速霜層的形成,但對超疏水鋁基表面霜層的形成影響不大;在融霜實驗中,發(fā)現(xiàn)常規(guī)鋁基表面的霜層先出現(xiàn)融化的跡象,但超疏水鋁基表面霜層融化速率雖較常規(guī)鋁基表面霜層融化慢,即固液相變速率較低,但由于其形成的細(xì)小水珠蒸發(fā)速率快,極易蒸發(fā),液汽相變速率提高,能有效避免融水的二次凍結(jié),從而達(dá)到促進(jìn)融霜的效果。為防止室外蒸發(fā)器翅片污垢熱阻的產(chǎn)生,本文搭建翅片自潔性測試實驗臺,對超疏水鋁基表面的自潔能力進(jìn)行實驗測試,與常規(guī)鋁基表面的自清潔性能進(jìn)行了實驗對比,發(fā)現(xiàn)在超疏水鋁基表面存在液滴時,液珠極易滾落,能有效地帶走表面的灰塵。本文應(yīng)用FLUENT模擬軟件對水滴在鋁基表面附著的傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示,當(dāng)鋁基表面的接觸角增大時,水滴在整個傳熱過程中的平均溫度升高,水滴達(dá)到結(jié)霜點(diǎn)溫度的時間延長。模擬結(jié)果從傳熱角度再次證明了超疏水鋁基表面的抑霜性。通過本文的研究,發(fā)現(xiàn)超疏水技術(shù)在空氣源熱泵室外換熱器翅片上的應(yīng)用對解決空氣源熱泵室外機(jī)結(jié)霜問題有很大的意義,可以使空氣源熱泵系統(tǒng)的使用性能得到極大的提高,使用范圍也會得到推廣。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU83
【圖文】：

1.1 我國冬季供暖現(xiàn)狀建筑是能源消耗大戶，我國每年的建筑能耗占全國商品總能耗的 30％以上，與交工業(yè)并列，成為我國三大耗能大戶之一。其中，夏季空調(diào)制冷能耗和冬季供熱能耗筑能耗的主要形式，減少冬季供暖能耗是建筑節(jié)能的必要環(huán)節(jié)。而我國地域遼闊，氣候差異性極大，供暖形式多樣化。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，我國可以劃溫和、夏熱冬暖、夏熱冬冷、寒冷和嚴(yán)寒 5 個區(qū)域[1]。其中，主要位于長江流域的冬冷地區(qū)，以武漢、長沙為例，冬季陰冷，太陽輻射量小于 750 MJ/m2，1 月平均氣 0～8.6℃[2]，極端最低氣溫甚至低達(dá)-18.1℃和-11.3℃，平均相對濕度為 77%和 83%[我國的供暖區(qū)域劃分大致是以秦嶺為分界，如圖 1.1 所示，在秦嶺以南的武漢、長地未實行集中供暖。由于相對濕度高，當(dāng)?shù)氐木用裨诙�季的體感溫度極低。為了達(dá)作和居住環(huán)境的舒適性要求，采暖設(shè)備成為必需品。

泵工作原理泵是熱泵的一種類型，由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流外環(huán)境中的空氣作為冷熱源，向建筑物內(nèi)部（或者被調(diào)節(jié)�？諝庠礋岜玫墓ぷ髟�理是逆卡諾循環(huán)，在系統(tǒng)運(yùn)行時，比如：電能、機(jī)械能），驅(qū)動壓縮機(jī)工作，將來自蒸發(fā)器高溫高壓的氣態(tài)制冷劑；高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過冷凝機(jī)放出大量的熱量；流出冷凝器后，制冷劑變成了高溫低壓壓力降低，變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w；高溫低壓的液態(tài)制冷劑熱量，發(fā)生氣化相變，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍鈶B(tài)制冷劑，進(jìn)入循環(huán)，將空氣中的低品位熱能提升為高品位熱能，加以利如圖 1.2 所示。

（a）結(jié)霜現(xiàn)象整體圖 (b)結(jié)霜現(xiàn)象局部圖圖 1.3 熱泵機(jī)組輕霜霜層和重霜霜層圖面的霜層的導(dǎo)熱熱阻大,使換熱器表面的傳熱系數(shù)降低。而且的有效間距變窄，流過換熱器的空氣流量減小。上述原因會制熱量減少,風(fēng)機(jī)性能衰減，降低機(jī)組的 COP，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)取一些措施對熱泵機(jī)組的室外機(jī)進(jìn)行除霜，以確保機(jī)組的正泵室外換熱器翅片結(jié)霜現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀源熱泵結(jié)霜的因素?zé)岜媒Y(jié)霜的因素有很多，從結(jié)霜的源頭來看，空氣源熱泵所情況的一個重要因素。針對該因素，國內(nèi)外學(xué)者采用模擬和結(jié)霜現(xiàn)象進(jìn)行了研究：
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2889573