【摘要】：在我國(guó)很多南方城市,冬季沒(méi)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(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)霜問(wèn)題。霜層的存在會(huì)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(shí)甚至導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。因此,需要采取一些措施對(duì)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(guó)內(nèi)外常用的針對(duì)空氣源熱泵室外機(jī)的除霜方法大多會(huì)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(duì)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(guò)理論機(jī)理分析和實(shí)驗(yàn)以及模擬的方法研究其抑霜性能。本文首先通過(guò)理論機(jī)理分析,得出當(dāng)表面接觸角越大時(shí),水珠與冷表面的傳熱熱阻越大,霜層越難生長(zhǎng)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(shí)長(zhǎng)與接觸角之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)氟硅烷修飾時(shí)間為40min時(shí)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(guò)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(cè)試超疏水鋁基表面的抑霜性能,本文搭建了抑霜性測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)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(guò)程進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)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(duì)濕度為70%。結(jié)果顯示,當(dāng)溫度為0℃至-2℃時(shí),鋁基表面會(huì)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(shí)間有150s~200s的延遲;當(dāng)溫度為-3℃至-4℃時(shí),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(shí)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(shí),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(duì)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(shí)會(huì)加速霜層的形成,但對(duì)超疏水鋁基表面霜層的形成影響不大;在融霜實(shí)驗(yàn)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(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)超疏水鋁基表面的自潔能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,與常規(guī)鋁基表面的自清潔性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在超疏水鋁基表面存在液滴時(shí),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(duì)水滴在鋁基表面附著的傳熱過(guò)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(shí),水滴在整個(gè)傳熱過(guò)程中的平均溫度升高,水滴達(dá)到結(jié)霜點(diǎn)溫度的時(shí)間延長(zhǎng)。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(guò)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(duì)解決空氣源熱泵室外機(jī)結(jié)霜問(wèn)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(huì)得到推廣。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU83
【圖文】：

1.1 我國(guó)冬季供暖現(xiàn)狀建筑是能源消耗大戶，我國(guó)每年的建筑能耗占全國(guó)商品總能耗的 30％以上，與交工業(yè)并列，成為我國(guó)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(guó)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，我國(guó)可以劃溫和、夏熱冬暖、夏熱冬冷、寒冷和嚴(yán)寒 5 個(gè)區(qū)域[1]。其中，主要位于長(zhǎng)江流域的冬冷地區(qū)，以武漢、長(zhǎng)沙為例，冬季陰冷，太陽(yáng)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(duì)濕度為 77%和 83%[我國(guó)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(zhǎng)地未實(shí)行集中供暖。由于相對(duì)濕度高，當(dāng)?shù)氐木用裨诙镜捏w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)。空氣源熱泵的工作原理是逆卡諾循環(huán)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，比如：電能、機(jī)械能），驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，將來(lái)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(guò)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(guò)換熱器的空氣流量減小。上述原因會(huì)制熱量減少,風(fēng)機(jī)性能衰減，降低機(jī)組的 COP，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)取一些措施對(duì)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(lái)看，空氣源熱泵所情況的一個(gè)重要因素。針對(duì)該因素，國(guó)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)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁彩華;汪峰;呂艷;范晨;吳春曉;張小松;張友法;;翅片表面特性對(duì)結(jié)霜過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

2 路偉鵬;王偉;李林濤;朱佳鶴;蓋軼靜;;不同表面浸潤(rùn)性對(duì)除霜過(guò)程影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];制冷技術(shù);2014年01期

3 李林林;趙敬德;嚴(yán)國(guó)慶;黎榮標(biāo);李啟宇;;空氣源熱泵蓄能除霜的熱經(jīng)濟(jì)性分析[J];建筑熱能通風(fēng)空調(diào);2013年06期

4 李晗陽(yáng);;空氣源熱泵的蓄能除霜相變材料探討[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2013年15期

5 翟麗華;邵英;;表面涂層抑制結(jié)霜的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J];家電科技;2013年07期

6 張杰;蘭菁;杜瑞環(huán);高國(guó)奉;;幾種空氣源熱泵除霜方式的性能比較[J];制冷學(xué)報(bào);2012年02期

7 尹從緒;陳軼光;;風(fēng)速對(duì)空氣源熱泵翅片管換熱器結(jié)霜特性影響[J];低溫與超導(dǎo);2011年12期

8 董建鍇;姜益強(qiáng);姚楊;胡文舉;;空氣源熱泵相變蓄能除霜特性實(shí)驗(yàn)研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年01期

9 陳云富;尹冠軍;;化學(xué)刻蝕法制備鋁合金基超疏水表面[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2010年27期

10 張友法;余新泉;周荃卉;李康寧;;超疏水低粘著銅表面制備及其防覆冰性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳永根;疏水表面結(jié)霜初期及融霜過(guò)程中液滴行為研究[D];清華大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2889573