低温高湿环境中冷面结霜的实验和模拟研究
[Abstract]:Frosting is a common phenomenon in wet and cold environments. Frosting on the surface of heat exchanger will result in the increase of thermal resistance and blockage of air passage. The understanding of the effect of frosting law and surface characteristics on the cold surface and the accurate simulation of frost growth process are of guiding significance for exploring suitable frost suppression methods and the design of heat exchangers operating under low temperature and high humidity conditions. In this paper, the growth process of frost layer on the cold surface is studied experimentally and numerically, and the frost layer distribution on the surface of finned tube heat exchanger is numerically simulated. The main work and results are as follows: for the hydrophilic surface in low temperature and high humidity environment, The frosting process on bare aluminum surface and hydrophobic surface was studied experimentally. The experimental conditions are as follows: cold surface temperature-20? 5oC, wet air temperature-5? 2oC, relative humidity 85%, wet air flow rate 0.31? The results show that the lower the cold surface temperature is, the earlier the condensation water droplets on the bare aluminum surface freeze, the smaller the water droplets are during freezing, and the faster the frost crystal grows along the vertical cold plane direction, the lower the cold surface temperature, the faster the velocity of wet air and the faster the frost layer grows, and the lower the cold surface temperature is, the faster the wet air velocity is. The hydrophobic surface has the function of delaying the freezing of condensate droplets and slowing down the growth rate of frost height, but with the decrease of cold surface temperature, the delay effect weakens, and for the surface of frosting / defrosting cycle, the better efflux effect can effectively reduce the amount of refrosting. The growth process of frost layer on horizontal cold surface was numerically simulated. The results show that the average height and density of frost layer increase with time, the water vapor concentration at the front of the cold surface is high, the phase transfer rate is fast, and the frost density is higher. Heat transfer inside frost layer is mainly heat conduction, convection heat transfer is main outside frost layer, temperature curve at frost layer interface appears inflection point. The comparison between the simulation results and the experimental results shows that the average height of frost is more than 90% of the data in the range of-15% to 40% deviation, the frost quality of all data points in the range of-30% to 20% deviation. The growth process of frost layer on the surface of finned tube heat exchanger was numerically simulated. The results show that there is a frost-free zone behind each base tube, and the simulated results of frost layer distribution on the fin of heat exchanger are in good agreement with the experimental results. Under the simulated conditions, the pressure drop of wet air flowing through the heat exchanger after frosting is about twice as much as that before frosting, and it is in good agreement with the experimental results. The above results indicate that the frost growth model can be used to predict the frost layer distribution and wet air flow resistance on the surface of finned tube heat exchangers.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK172
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,本文编号:2435375
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