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1、空調(diào)換熱器結(jié)霜管理
摘要采用空氣源熱泵冷熱水機組的動態(tài)數(shù)學(xué)模型對空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜工況進行了模擬。模擬中同時考慮了結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化，首次提出了結(jié)霜密度隨時間的變化關(guān)系式。計算了不同工況下的結(jié)霜速度、霜的密度、霜的厚度隨時間的變化。將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，進一步驗證了所建模型的正確性。
關(guān)鍵詞空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜動態(tài)模擬
1前言
空氣源熱泵冷熱水機組作業(yè)中央空調(diào)的冷熱源有很多優(yōu)勢，如冬夏共用，設(shè)備利用率高；省去了鍋爐房和一套冷卻水系統(tǒng)；機組可安裝在室外，節(jié)省了機房的建筑面積；不污染環(huán)境等。因此該機組在氣候適宜地區(qū)的中小型建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。但機組在冬季運行時，
2、當空氣側(cè)換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時，換熱器表面就會結(jié)霜。結(jié)霜后換熱器的傳熱效果急劇惡化，嚴重時機組會停止運行。因此換熱器結(jié)霜是影響機組應(yīng)用和發(fā)展的主要問題，研究機組在結(jié)霜工況下的工作性能具有十分重要的意義。
2．結(jié)霜模型的建立
霜的積累速率是由進出室外換熱器空氣濕度的變化決定的：
式中：----空氣的質(zhì)量流量，kg/s；
di，d0----分別為空氣進、出換熱器的含濕量，kg/kg。
由于霜的多孔性和分子擴散作用，在表面溫度低于0℃的換熱器上沉降為霜的水分一部分用以提高霜層的厚度，一部分用以增加霜的密度【1】，即
式中用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率由下式確定【2
3、】：
式中：----換熱器的全熱交換量，W；
iSV----水蒸氣的升華潛熱，J/kg；
λfr----霜的導(dǎo)熱系數(shù)，W/對于每一個時間步長Δt，霜密度的變化和厚度的變化為：
式中：At----換熱器的總換熱面積，m2；
δt----霜層的厚度，m。
3模型的求解
我們對空氣側(cè)換熱器后個換熱單元在不同工況下的結(jié)霜情況進行了模擬計算，該單元的結(jié)霜情況可以反映出整個換熱器的結(jié)霜情況?？諝鈧?cè)換熱器由160個這種換熱單元組成。計算的換熱器單元結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1，計算工況見表2。
換熱器單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)表1
管材銅管徑Φ0.15風向管排數(shù)4
迎風管排數(shù)20管間距S125.4管間距S222m
4、m
翅片材料鋁片型波紋片片厚0.2mm
片間距2.0mm翅化系數(shù)17.8單根管長16m
分液路數(shù)10
在求解結(jié)霜的動態(tài)模型時，必須考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化，但在以往的結(jié)霜量計算中，均未同時考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化。如Д.А.Чирен-ко【3】建立了空冷器上結(jié)霜的數(shù)學(xué)模型，并將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較。由于假設(shè)霜層均勻分布，且霜的厚度隨時間線性增加，而霜的密度不隨時間變化，使得模擬霜的厚度比實驗值大20%～30%。
計算工況表2
工況編號空氣溫度
1A0651062-1355050.0096
B0751062-1355050.0096
C0851062-
5、1355050.0096
2D-4651062-1355050.00816
E-4751062-1355050.00816
F-4851062-1355050.00816
本文根據(jù)一些實驗數(shù)據(jù)和結(jié)霜密度的變化規(guī)律，首次提出了結(jié)霜密度隨時間的變化關(guān)系式，并認為在剛開始結(jié)霜時，結(jié)霜量度要是增加霜的厚度，而密度變化很小。隨著時間的推移，霜厚度的增加變緩，而密度變化增加，而且霜的密度隨時間呈拋物線規(guī)律變化。
由穩(wěn)態(tài)模型和公式式中為結(jié)霜的時間，min。
為驗證所建的換熱器結(jié)霜模型正確性，將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，我們采用文獻【4】中的實驗數(shù)據(jù)。實驗是日本工業(yè)標準實驗工況1.585-7.
6、53.3
模擬工況085-132.5
由于實驗工況與模擬工況換熱器的換熱面積不同，因此單純地比較結(jié)霜量的變化是沒有實際意義的。為此提出了單位換熱面積結(jié)霜量的概念，即結(jié)霜量與總換熱面積之比。實驗工況與模擬工況的單位換熱面積結(jié)霜量變化見圖1。由圖可見，模擬值與實驗工況的條件略有差異造成的，因為模擬工況的蒸發(fā)溫度比實驗工況低，且迎面風速小，而蒸發(fā)溫度越低，結(jié)霜量越多；迎面風速越低，結(jié)霜量也越多。這兩方面的因素造成了模擬值略大于實驗值。通過比較進一步驗證了所建模型的正確性。
圖2為空氣溫度一定3T.Senshu,H.Yasuda.HeatPumpPerformanceunderFrostingConditions:partI:-HeatandMassTransferonCross-finnedTubeHeatExchangersunderFrostingConditions.ASHRAETrans,1990,96(1):324-329
4T.S.Gatchilov.翅片式空氣冷卻器表面結(jié)霜的特性，第十五屆國際制冷大會論文譯叢（中冊），制冷學(xué)報編輯部，1981：356～362。
空調(diào)換熱器結(jié)霜管理
