涂层材料在空气源热泵蒸发器除霜技术中的应用研究

发布时间：2017-05-22 19:12

  本文关键词：涂层材料在空气源热泵蒸发器除霜技术中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空气源热泵自身节能、环保以及冷暖两用的三大特点,决定了其在气候适宜地区广泛应用的惊人发展前景。但热泵机组在冬季运行时室外换热器表面极易结霜,且随着霜层的增长,室外换热器翅片的换热热阻逐渐增大,导致其传热系数降低,机组的性能系数下降,甚至危害整个换热系统。因此,为了使机组的供热性能得到保障,必须对热泵机组进行定期除霜处理。而逆循环、热气旁通除霜、电热除霜以及停机自然除霜是目前应用最广泛的除霜方式,但这些除霜方式都是以大量的能耗为代价却不能从根本上解决问题,违背了我们使用空气源热泵的初衷。因而要从根本上解决热泵结霜的问题,就不能单纯地研究除霜,要从霜层生长的机理出发来研究抑制结霜以及除霜的方法,进而达到节能的目的。本文主要研究通过改变热泵室外换热器的表面特性及结构,达到使用最少的能耗来抑霜及除霜的目的。文章先对不锈钢304表面、多孔Si C陶瓷绝缘涂层表面、特氟龙表面和特氟龙+6wt%纳米碳黑/石墨表面这四种换热器翅片表面进行粗糙度及接触角的测量,并分别对其进行显微观测得出这四种翅片在结霜之前的表面结构并进行理论分析,再通过使用FULUENT软件进行数值模拟,然后分析模拟结果得出热泵换热器翅片不同材料表面对其结霜过程及其霜层特性的影响规律。模拟结果表明,特氟龙+6wt%纳米碳黑/石墨涂层材料的防霜性明显优于其他材料,因此可被作为比较理想的防霜除霜材料。本文最后通过使用数值模拟的方法,模拟出在具有特氟龙+6wt%纳米碳黑/石墨涂层的条件下改变热泵室外换热器的结构后,热泵的性能系数明显高于换热器结构改造前。最终得出结论,特氟龙+6wt%纳米碳黑/石墨涂层应用于换热器结构改造后的热泵机组上可以明显提高机组的运行效率,从而达到节能除霜的目的,进而改善空气源热泵在冬季结霜工况下运行的现状。
【关键词】：空气源热泵 涂层 除霜
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 空气源热泵表面涂层对抑霜及除霜应用的研究现状10-14
• 1.2.1 霜层特性及其生长模型10-11
• 1.2.2 蒸发器表面涂层对抑制结霜应用的研究现状11-12
• 1.2.3 空气源热泵蒸发器表面除霜方法的研究现状12-14
• 1.2.4 国内外空气源热泵除霜技术的研究现状14
• 1.3 涂层材料的发展现状14-16
• 1.3.1 热泵蒸发器表面防霜涂层的研究现状15
• 1.3.2 国内外研究现状总结15-16
• 1.4 本文的研究内容和方法16-19
• 1.4.1 课题研究内容16-18
• 1.4.2 课题研究方法及技术路线18-19
• 2 涂层技术的抑霜应用19-27
• 2.1 电致发热多孔SiC陶瓷绝缘涂层材料19-21
• 2.1.1 电致发热多孔SiC陶瓷绝缘涂层材料简介19-21
• 2.1.2 电致发热多孔SiC陶瓷绝缘涂层材料的应用21
• 2.2 特氟龙涂层21-22
• 2.2.1 特氟龙涂层材料简介21-22
• 2.2.2 特氟龙涂层的应用现状22
• 2.3 半导体超疏水复合涂层材料22-26
• 2.3.1 半导体超疏水复合涂层材料简介23-24
• 2.3.2 半导体超疏水复合涂层材料的应用现状24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 涂层表面特性的抑霜效果分析27-57
• 3.1 换热器翅片表面状况测定27-34
• 3.1.1 换热器翅片表面粗糙度测量27
• 3.1.2 换热器翅片表面形态微观测量27-30
• 3.1.3 换热器翅片表面接触角测量30-32
• 3.1.4 换热器翅片表面的表面能测量32-33
• 3.1.5 换热器翅片表面的霜层高度测量33-34
• 3.2 研究方案确定及方案的设置34-37
• 3.2.1 研究对象34-35
• 3.2.2 结霜模型及简化模型的条件35-36
• 3.2.3 研究方案的设定36-37
• 3.3 建立热泵换热器的三维数值模型37-40
• 3.3.1 软件介绍37
• 3.3.2 控制方程37-38
• 3.3.3 控制方程的离散和求解38-39
• 3.3.4 数值模拟流程图39-40
• 3.4 不同涂层换热器翅片传热特性及结霜/除霜模拟结果分析40-55
• 3.4.1 不同涂层换热器翅片的导热特性41
• 3.4.2 环境相对湿度对不同涂层结霜过程的影响41-44
• 3.4.3 环境温度对不同涂层结霜过程的影响44-46
• 3.4.4 环境中空气流速对不同涂层结霜过程的影响46-49
• 3.4.5 不同材料的接触角大小对翅片结霜过程的影响49-50
• 3.4.6 不同材料的表面能大小对翅片结霜过程的影响50-53
• 3.4.7 不同材料的界面能大小对翅片结霜过程的影响53-54
• 3.4.8 不同材料的粗糙度大小对翅片结霜过程的影响54-55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 具有特氟龙涂层的空气源热泵结构改造57-63
• 4.1 空气源热泵机组蒸发器结霜对热泵运行效果的影响57-58
• 4.2 特氟龙+6wt%纳米碳黑/石墨涂层热泵机组结构改造可行性分析58-61
• 4.2.1 增大换热器翅片间距对涂层机组性能的影响58-59
• 4.2.2 增大风量和提高风速对涂层热泵机组性能的影响59
• 4.2.3 增大蒸发器的传热面积对涂层热泵机组性能的影响59-60
• 4.2.4 改变蒸发器的风向对涂层热泵机组性能的影响60
• 4.2.5 改变换热器结构对涂层热泵机组性能的影响60-61
• 4.3 本章小结61-63
• 5 全文总结与展望63-65
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72

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