（制冷及低温工程专业论文）翅片管蒸发器空气侧长效传热与压降特性研究.pdf

a p p l y f o rp h dd e g r e eo fs h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y l o n g - t e r mh e a t t r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o p p e r f o r m a n c eo ff i n n e dt h b eevaporateee v a p o r a t o r r m a n c e0 t1 u b y p uh u i a d v i s e d b y p r o f d i n gg u o l i a n g i n s t i t u t eo fr e f r i g e r a t i o n & c r y o g e n i c s s c h o o lo fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y d e c e m b e r , 2 0 0 9 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 茚哝 f 日期：川年f 月；o 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 f 不保密囱。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 率嗥指导教师签名：歹缈 日期：沙呷年f 朔；口日 日期：1 年皿月 。 r 上海交通大学博士学位论文答辩决议书 姓 名浦晖 学号 0 0 5 0 2 0 9 0 5 6 所在 制冷及低温工程 学科 7 答辩 机动学院 指导教师丁国良 答辩 2 0 0 9 1 2 一翡 日期 地点 论文题目 翅片管蒸发器空气侧长效传热与压降特性研究 投票表决结果：岁歹5( 同意票数实到委员数应到委员数)答辩结论：磊过口未通过 评语和决议： 。 镧呼问学的博t 如之硇片璧捩鹑吝窍勃购长i 心之鹁匆压野铆司搴闻 缸酞边钧问题，秆髓3 问鼽边约 枞物；弓吼扣恢客扁能焉问未日蔓芘臻考 秘倒缱牧和船下手铂婚俺彰响嬗钓3 理论扣系猃叼乳选风合芬、晾诳鳓免 具有章蜜钩褥沦缸扣像闭叩值 汲诲t 锹饷睦锄嘲归z 一砷：) 设叶了协龟损扣、名凋豫间罨欠幽，司才 委砣募毒i 岛寺啪隋暑亏响钧家纷秀鸭叼连互3 曼二哪嘭砌硝驭霭揖瞧应 团1 7 久寸羲固，可呋才脯搁巧锓双技现拓议似彳旗张影构柏经，挑彳3 喂7 ；坼 瓦曰妒瑚巧材珠寸扣伺抛3 识如日f 毒热扣弘眸蝎捩魁7 获移、捌船铝删、 芬轴矗强化国巧翟移、热强讷铀良拍忱声触巧准损热强伪娩对舷谚诡 苏璃t 冶玉爷吁识沦舳勾参石i ；j ，像矜砑锥沦五驾 节畴埋喃也， 荫穆倡 t 冶乏 帕努张五铳表孓移砖南彬彳穆夺掺良棚该傅互嘻黾秽雪矩弛蜘 触诫相多廖私弛箩匆3 ，亏友j 臻八饲专业知氓乓备妇钧聃互分阿z - 帕色矽， 存冬季喑湖呈叶、滴日忡椭五确伺给问题弼懈舍一蔽稚通过 漓畸闸，釉谐哆哈良鹌嚆，哥过故姗不芍譬璃t 骘4 五、仑：与 甲1 知 引堋弘，日 职务 姓名职称单位签名 主席 韩厚德教授上海海事大学 船 乏 答 王学生教授华东理工大学 携 辩 委员 委 委员 陈江平教授上海交通大学 员 厶 委员 晋欣桥 教授上海交通大学，套乃 石 成 员 委员王文教授上拇父= 嗵大芋 ：叔 签 委员 名 委员 秘书 胡海涛科学研究人员上海交通大学 嘞坳励 幻后 摘要 翅片管蒸发器空气侧长效传热与压降特性研究 摘要 采用翅片管换热器作为蒸发器是空调器的重要部件，研究者对于提 高其性能已经做了大量研究，包括采用强化管提高制冷剂侧换热性能， 采用强化翅片提高空气侧换热性能，以及改变管路连接方式等。但是， 随着空调器使用时间的增加，蒸发器的效率会逐渐降低，其能耗也相应 的提高。蒸发器的长期性能变化已经得到越来越多的重视，其长效传热 和压降特性已经成为重要的研究课题。影响空气侧长效性的因素包括空 调的翅片表面沉积的污垢、翅片表面生长的微生物、间歇运行和盐雾腐 蚀等。其中，翅片表面沉积的污垢的影响已经得到广泛的研究；而间歇 运行、翅片表面生长的微生物和盐雾腐蚀等因素对蒸发器的影响机理和 定量分析的研究却很少。因此，这方面的研究具有很强的迫切性和必要 性。 本文的主要目的是对铝翅片铜管换热器和铜翅片铜管换热器在析湿 工况下，分别考虑间歇运行、微生物生长和盐雾腐蚀等影响因素，测试 蒸发器的空气侧传热和压降特性。取得了以下几方面的成果： 1 1 开发了湿工况污垢翅片翅片效率求解模型。通过该模型计算可知：当 翅片在部分湿工况时，无污垢翅片效率模型与有污垢翅片效率模型计 算结果相差很小；但当翅片在全湿工况时，无污垢翅片效率模型的计 算值明显小于有污垢翅片效率模型的计算值，且随着空气入口相对湿 度的增大，两个模型计算的结果相差会增大。 2 ) 模拟实际空调蒸发器经过长期运行并经过间歇运行、翅片表面霉变和 盐雾腐蚀等因素影响，设计能够快速实现上述三种因素对蒸发器影响 的方法。该方法可使翅片管换热器每次间歇运行实验( 包括高低温循 环和干湿循环) 的时间控制在约4 分钟，可通过人工加速微生物生长 方法，使翅片管换热器翅片表面较快地生长微生物，以及可通过人工 加速盐雾腐蚀方法，使翅片管换热器在实验室中较快地腐蚀。 3 、) 对1 个铝翅片铜管换热器和1 个铜翅片铜管换热器进行间歇运行实 申请上海交通人学博十学位论文 验，每3 0 0 次间歇运行后进行空气侧传热和压降特性测试实验，根据 实验数据分析间歇运行对翅片管蒸发器空气侧长效传热和压降特性 的影响，并开发了析湿工况下反应翅片材料和间歇运行次数的传热和 压降特性关联式。开发的传热关联式的平均误差为3 1 ，压降关联 式的平均误差为1 6 。 4 、) 对3 个铝翅片铜管换热器和3 个铜翅片铜管换热器进行微生物加速生 长，对经过翅片表面生长微生物的换热器进行性能测试，并与未翅片 表面未生长微生物的换热器进行对比，根据实验数据分析微生物污垢 对翅片管蒸发器的空气侧传热和压降特性的影响。研究发现少量的微 生物污垢会增强空气侧传热特性，而大量的微生物污垢会弱化传热， 微生物污垢会使蒸发器空气侧压降增大。实验结果表明：当风速为 0 5 2 0 r i g s 时，微生物污垢会使翅片管蒸发器空气侧传热系数变化 1 6 o 1 2 7 ，使空气侧压降增多1 1 - - 4 3 。 5 ) 对3 个铝翅片铜管换热器和3 个铜翅片铜管换热器进行人工加速盐雾 腐蚀，对经过腐蚀的翅片管换热器进行性能测试，并与未腐蚀的换热 器进行对比，根据实验数据分析盐雾腐蚀对翅片管蒸发器的亲水性、 空气侧传热和压降特性的影响。实验结果表明：随着盐雾腐蚀时间的 增加，附带亲水层的铝翅片和不带亲水层的铜翅片，静态接触角、动 态前进接触角和动态后退接触角均随腐蚀时间的增加而增大。说明随 着盐雾腐蚀时间的增加，蒸发器的亲水性逐渐衰减。当风速为0 5 2 01 1 1 s 时，盐雾腐蚀会使铝翅片管蒸发器空气侧传热系数变化 2 0 5 - 3 6 8 ，压降增大o - 2 1 6 。 最后，简要阐述由于时间关系本文尚没有深入研究的问题，以及将 来应重点关注的相关研究方向。 关键字：长效性，翅片管换热器，蒸发器，空气侧，传热，压降 中图分类号：t b 6 5 l o n g t e r mh e a t t r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c e o ff i n n e dt u b ee v a p o r a t o r a b s t r a c t f i n e dt u b eh e a te x c h a n g e r sa x ew i d e l yu s e di na i r - c o n d i t i o n e r so p e r a t i n ga se v a p o r a t o r , al a r g e a m o u n to fi n v e s t i g a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u tf o ri m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo fe v a p o r a t o r , e g e n h a n c e dt u b e sa r eu s e dt oe n h a n c et h et u b e s i d eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e ，e n h a n c e df i n sa r eu s e dt o e n h a n c et h ea i r - s i d eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e ，a n do p t i m i z a t i o no nr e f r i g e r a n tc i r c u i t r yf o ri m p r o v i n g t h eo v e r a l lh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e h o w e v e r , w i t ht h ei n c r e a s eo fo p e r a t i o nd u r a t i o n ，t h eh e a t t r a n s f e re f f i c i e n c yo fe v a p o r a t o r d e g r a d e sg r a d u a l l y , a n d t h e e n e r g yc o n s u m p t i o ni n c r e a s e s c o r r e s p o n d i n g l y m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sf o c u st h e i rs t u d i e so nt h ep e r f o r m a n c eo fe v a p o r a t o ra f t e r l o n gt i m eo p e r a t i o n s t h e r e f o r e ，t h el o n g - t e r mh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c eb e c o m e sa n i m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i c t h ee f f e c to nt h el o n g t e r mp e r f o r m a n c ei n c l u d i n gf o u l i n gd e p o s i t e do nt h e f i ns u r f a c e s ，m i c r o o r g a n i s mg r o w t ho nt h ef i ns u r f a c e s ，i n t e r m i t t e n to p e r a t i o na n ds a l ts p r a yc o r r o s i o n ， a n ds oo n c o m p a r ew i t ht h es t u d yo ne f f e c to ff o u l i n gd e p o s i t e do nt h ef i ns u r f a c e s ，t h ee f f e c t so f i n t e r m i t t e n to p e r a t i o n ，m i c r o o r g a n i s mg r o w t ha n ds a l ts p r a yc o r r o s i o no nt h ee v a p o r a t o ra r el i m i t e d a s ar e s u l t ，t og i v et h er e p l yt ot h e s ei s s u e si sn e c e s s a r ya n di m p o r t a n tf o ri n v e s t i g a t i n gt h el o n g - t e r m a i r - s i d eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c e t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi st oi n v e s t i g a t et h eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ef o r a l u m i n u m - f i nh e a te x c h a n g e r sa n dc o p p e r - f i nh e a te x c h a n g e r su n d e rw e tc o n d i t i o n s ，c o n s i d e r i n gt h e i n f l u e n c eo fi n t e r m i t t e n to p e r a t i o n s ，b i o f o u l i n ga n ds a l ts p r a yc o r r o s i o n b a s e do nt h ea b o v ep u r p o s e s ， t h i sd i s s e r t a t i o nr e a l i z e dt h ef o l l o w i n gw o r k ： 1 ) t h ef o u l e df i ne f f i c i e n c ym o d e lu n d e rw e tc o n d i t i o n sw a sd e v e l o p e d t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s c a nb eo b t a i n e d w h e nt h ef i ni su n d e rp a r t i a lw e tc o n d i t i o n s ，t h ed i f f e r e n c eo fc a l c u l a t i o nr e s u l t s b e t w e e nt h ec l e a nf i ne f f i c i e n c ym o d e la n dt h ef o u l e df i ne f f i c i e n c ym o d e li sl i m i t e d w h e nt h ef i n i su n d e rf u l lw e tc o n d i t i o n s ，t h ee f f i c i e n c yo fc l e a nf i ni sl a r g e rt h a nt h a to ff o u l e df i n m o r e o v e r , t h ed i f f e r e n c eo fc a l c u l a t i o nr e s u l t sb e t w e e nt h et w om o d e l sg e t t i n gm u c hl a r g e rw i t ht h ei n c r e a s e o fi n l e ta i rr e l a t i v eh u m i d i t y 2 ) i no r d e rt os i m u l a t et h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no fa c t u a la i r - c o n d i t i o n e ru n d e ri n t e r m i t t e n to p e r a t i o n c o n d i t i o n ，b i o f o u l e dc o n d i t i o na n dc o r r o s i o nc o n d i t i o n ，am e t h o df o rr e a l i z i n gt h ea b o v eo p e r a t i o n c o n d i t i o nw e r ed e v e l o p e d t h em e t h o dc a nr e a l i z eas i n g l ei n t e r m i t t e n to p e r a t i o n ( i n c l u d ed r y w e t c y c l e sa n dh i g h l o wt e m p e r a t u r ec y c l e s ) i nf o u rm i n u t e s ，r e a l i z et h em i c r o o r g a n i s mg r o w t ho nt h e f i ns u r f a c ei nas h o r tp e r i o d ，a n dr e a l i z et h ef i no ff i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e rc o r r o d e di nas h o r t p e r i o d ， 3 ) c o n d u c tt h ee x p e r i m e n t sf o ra na l u m i n u m - f i nh e a te x c h a n g e ra n dac o p p e r - f i nh e a te x c h a n g e r 申请上海交通人学博十学位论文 u n d e ri n t e r m i t t e n to p e r a t i o nc o n d i t i o n s t h eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ew e r e m e a s u r e de a c h3 0 0r e p e t i t i o n s t h ee f f e c t so fi n t e r m i t t e n to p e r a t i o no na i r - s i d eh e a tt r a n s f e ra n d p r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ew e r ea n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s n e wm o d e l s ， w h i c hr e f l e c tt h ed i f f e r e n c eo ff i nm a t e r i a la n dr e p e t i t i o n s ，w e r ed e v e l o p e dt op r e d i c tt h eh e a t t r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c eo ff i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e r t h ea v e r a g ed e v i a t i o ni s w i t h i n3 1 f o rh e a tt r a n s f e rm o d e l a n d1 6 f o rp r e s s u r ed r o pm o d e l c o n d u c tt h ee x p e r i m e n t sf o rt h r e eb i o f o u l e da l u m i n u m f i nh e a te x c h a n g e r sa n dt h r e eb i o f o u l e d c o p p e r - f i nh e a te x c h a n g e r s t h eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ew e r em e a s u r e d t h e e f f e c t so fi n t e r m i t t e n to p e r a t i o no na i r - s i d eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ew e r e a n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s i no r d e rt oc o m p a r ew i t ht h ea i r - s i d ep e r f o r m a n c e o fc l e a nh e a te x c h a n g e r s ，t h eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed m p p e r f o r m a n c ew e r em e a s u r e df o rt h e b i o f o u l e dh e a te x c h a n g e r s a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，f e w e rb i o f o u l i n gp a r t i c l e sc a n e n h a n c et h ea i r - s i d eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e ，w h i l eal a r g eq u a n t i t yo fb i o f o u l i n gp a r t i c l e s d e p o s i to nt h ef i ns u r f a c ec a l ld e g r a d et h ea i r - s i d eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c e t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w st h a tb i o f o u l i n gc a nc a u s et h ea i r - s i d eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n tc h a n g i n gw i t ht h e r a n g eo f - 1 6 0 - 1 2 7 ，a n dp r e s s u r ed r o pc h a n g i n gw i t ht h er a n g eo f1 1 - 4 3 w h e nt h ea i r v e l o c i t yi s0 5 - 2 0m s c o n d u c tt h ee x p e r i m e n t sf o rt h r e ec o r r o d e da l u m i n u m - f i nh e a te x c h a n g e r sa n dt h r e ec o r r o d e d c o p p e r - f i nh e a te x c h a n g e r s t h eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r ed r o pp e r f o r m a n c ew e r em e a s u r e d t h e e f f e c t so fs a l t s p r a y c o r r o s i o no nh y d r o p h i l i c i t y , a i r - s i d eh e a tt r a n s f e ra n dp r e s s u r e d r o p p e r f o r m a n c ew e r ea n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s ，t h es t a t i cc o n t a c ta n g l e ，t h ea d v a n c i n ga n dr e c e d i n gd y n a m i cc o n t a c ta n g l ei n c r e a s ew i t h t h ei n c r e a s eo fs a l ts p r a yc o r r o s i o nh o u r sf o ra l u m i n u m f i ne v a p o r a t o r sw i t hh y d r o p h i l i cc o a t i n g a n dc o p p e r - f i ne v a p o r a t o r sw i t h o u th y d r o p h i l i cc o a t i n g t h i sr e s u l t ss h o wt h a tt h eh y d r o p h i l i c i t y o ff i n sd e g r a d e c o r r o s i o nc a nc a u s eh ea i r - s i d eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n tc h a n g i n gw i t ht h er a n g e o f - 2 0 5 - 3 6 8 ，a n dp r e s s u r ed r o pc h a n g i n gw i t ht h er a n g eo f0 - 2 1 6 w h e nt h ea i rv e l o c i t y i s0 5 - 2 0m s a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ea u t h o rp r e s e n t e dt h em a i nw e a k n e s sa n df u r t h e rk e yp o i n t s s h o u l db ef o c u s e do ni nt h en e a rf u t u r e k e y w o r d s ：l o n g - t e r m ，f i n n e dt u b eh e a te x c h a n g e r ，e v a p o r a t o r , a i r - s i d e ，h e a tt r a n s f e r , p r e s s u r ed r o p 符号说明 符号说明 面积，m 2 换热器迎风面积，m 2 总面积，m 2 喷嘴特性参数 定压比热容，jk 百1k 1 直径，m 基于翅根的外管径，m 管内径，m 胀管前管外径，m 摩擦因子 修正系数 翅片间距，m 基于最小面积流量，k g m 2f 1 传热系数，w m - 2k - 1 零阶第一类修正贝塞尔函数 一阶第一类修正贝塞尔函数 算术平均焓差，j k 茁1 焓，jk g - 1 c o l b u r n 传热因子 零阶第二类修正贝塞尔函数 一阶第二类修正贝塞尔函数 导热系数，w m 。1k 1 管排数 压降，p a 压力，p a 普朗特数 排间距，m 管间距，m 换热量，w 热流密度，w m 2 半径，m 雷诺数 相对湿度 温差，o c 温度，o c 空气侧总换热系数，wm 1k - 1 体积流量，m 3s 1 绝对湿度，k g k g 。1 翅片厚度，m 翅片效率 换热器总效率 波纹角度，o 动力粘度，p as 密度，k gn l 。 凹 p 件 a 只 q 口 ， 胎 册 竹 r u 矿 缈 d 搬 怕p 肛 p 量变 彳 以4 c o d 仇历 风 厂f b 倪 而 蝇 ， ，k 厨七 申请上海交通大学博士学位论文 下标： a a v e b c d p f f u l l y w e t h 质量流量，k g s 1 空气 平均值 根部 清洁 压降 翅片 全湿 换热 l m m a x m m n 0 o u t p a r t i a l l y w c t w 横断面收缩比 热膨胀系数，l 。c 内侧 进口 最大 最小 喷嘴 外侧 出口 部分湿润 水 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明v 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 研究现状和文献综述3 1 2 1 间歇运行影响长效性研究3 1 2 2 污垢影响长效性研究7 1 2 3 腐蚀影响长效性研究。1 0 1 3 目前研究工作的不足1 1 1 4 本文的主要工作1 2 第二章实验装置与测试方法1 4 2 1 长效性研究内容1 4 2 2 实验对象和工况1 5 2 2 1 实验对象。1 5 2 2 2 实验工况。1 7 2 3 传热与压降测试实验装置。1 7 2 3 1 实验装置介绍。1 7 2 3 2 实验装置可靠性分析。2 1 2 4 数据处理方法2 2 2 4 1 空气侧换热系数的计算2 3 2 4 2f 因子和厂因子的计算。2 6 2 5 算法2 6 2 6 误差分析2 6 2 7 小结j 2 8 第三章间歇运行次数对翅片管蒸发器k 效特性的影响2 9 3 1 间歇运行实现方法。3 0 3 1 1 间歇运行j 亡况确定及快速实现方法3 0 3 1 2 间歇运行次数的确定3 2 3 2 间歇运行次数对换热和压降性能影响分析。3 7 申请上海交通大学博士学位论文 3 2 1 间歇运行次数对铝翅片蒸发器空气出口温度的影响3 7 3 2 2 间歇运行次数对铝翅片换热器特性的影响3 8 3 2 3 间歇运行次数对铜翅片蒸发器空气出口温度的影响4 1 3 2 4 间歇运行次数对铜翅片换热器特性的影响4 2 3 3 间歇运行工况下空气侧长效传热和压降模型研究4 4 3 3 1 空气侧长效传热和压降模型形式4 4 3 3 2 反映翅片材料和间歇运行次数的模型研究4 6 3 3 3 湿t 况下反映翅片材料和间歇运行次数的传热和压降模型开发4 7 3 4 j 、结4 9 第四章微生物污垢对翅片管蒸发器长效特性的影响5 0 4 1 人工微生物加速生长方法5 0 4 1 1 微生物f 拘选择5 0 4 1 2 微生物加速生长方法5 1 4 1 3 生长微生物的换热器5 4 4 2 湿工况下污垢翅片效率模型。5 5 4 3 微生物污垢对传热和压降性能影响分析5 8 4 3 1 微生物污垢对翅片效率的影响5 8 4 3 2 微生物污垢对铝翅片蒸发器传热和压降特性的影响6 0 4 3 3 微生物污垢对铜翅片蒸发器换热和压降特性的影响。：o 6 6 4 4 微生物污垢与灰尘污垢影响对比7 0 4 4 ，j 、结7 1 第五章盐雾腐蚀对翅片管蒸发器长效特性的影响7 3 5 1 实验方法及翅片耐腐蚀性能分析7 3 5 1 1 盐雾腐蚀方法。7 3 5 1 2 翅片的耐腐蚀性能分析7 4 5 2 盐雾腐蚀对翅片亲水性的影响分析8 0 5 2 1 接触角的测量方法8 0 5 2 2 盐雾腐蚀对接触角的影响分析8 1 5 3 盐雾腐蚀对传热和压降性能影响分析8 4 5 3 1 盐雾腐蚀对铝翅片换热器空气侧特性影响8 4 5 3 2 盐雾腐蚀对铜翅片换热器空气侧特性影响9 0 5 4 ，j 、l ! i 9 5 第六章总结与展望9 6 目录 6 1 总结9 6 6 1 1 研究目的9 6 6 1 2 研究内容9 6 6 1 3 仓0 新点9 7 6 2 展望9 8 参考文献9 9 致谢1 0 7 作者在攻读博士学位期间撰写和发表的论文。1 0 8 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 随着家用空调器的普及，其能耗占世界总能耗的比例逐年增大。以中国为例， 空调器夏季使用的耗电量在很多城市均超过总用电量的4 0 1 1 1 。因此，提高空调器 的效率以降低能耗是制冷空调行业的研究方向之一。采用翅片管换热器作为蒸发器 是空调器的重要部件，研究者对于如何提高其性能已经做了大量研究，包括采用强 化管提高制冷剂侧换热性能1 2 羽，采用强化翅片提高空气侧性能【们，以及改变管路 连接方式【1 1 。1 3 】等。但是，随着空调器使用时间的增加，蒸发器的效率会逐渐降低， 其能耗也相应的提高。蒸发器的长期性能变化已经得到越来越多的重视，其长效换 热和压降特性已经成为重要的研究课题。 蒸发器的长效传热和压降特性研究包括管内侧和管外侧两部分。污垢对强化管 长效传热和压降特性的影响是管内侧长效性研究的主要方向，污垢对强化管换热和 压降的影响机理、关联式和改善长效性的方法已经得到深入研究1 1 4 , 1 5 】。影响空气侧 长效传热和压降特性的因素主要包括空调蒸发器翅片表面沉积的污垢、翅片表面生 长的微生物、间歇运行和盐雾腐蚀等。其中，翅片表面沉积的灰尘污垢对蒸发器性 能的影响已经得到广泛的研究；而间歇运行、翅片表面生长的微生物和盐雾腐蚀等 因素对翅片管蒸发器的影响机理和定量分析的研究却很少。因此，这方面的研究具 有很强的迫切性和必要性。 i ) 间歇运行对蒸发器长效性的影响 由于变频空调仍未普及，o n o f f 控制的空调器目前仍是市场的主流。当开机时， 蒸发器的温度低于室温，停机时，蒸发器的温度恢复到室温，从而造成蒸发器在间 歇的工况下运行，间歇运行会使翅片管蒸发器运行在高低温循环和干湿循环的工况 下。通常在空调中使用的翅片管蒸发器均是由铜管和铝翅片通过胀接而成，由于铝 的热膨胀系数是铜的热膨胀系数的1 4 倍，随着高低温循环次数的增加，铜管和铝翅 片间的残余接触压力越来越小，翅片和换热管之间的间隙增大，导致换热能力降低， 从而造成空调器性能的下降和能耗的增加。另外，当开机时翅片管蒸发器的表面温 度低于通过蒸发器空气流的露点温度时，翅片表面会有冷凝水析出。而关机时随着 翅片表面温度恢复到室温，翅片表面的冷凝水蒸发使翅片变干。翅片表面反复的干 申请上海交通大学博士学位论文 湿循环会改变翅片的亲水性，从而改变翅片管蒸发器空气侧的传热和压降特性。因 此，研究高低温循环和干湿循环共同作用对翅片管蒸发器空气侧传热和压降特性的 影响具有重要的现实意义。 i i ) 微生物污垢对蒸发器长效性的影响 对于使用一定年限的空调器，在翅片管蒸发器的翅片表面会沉积一定量的灰尘 或生长微生物等形成空气侧污垢。污垢对蒸发器空气侧传热和压降的影响，可以根 据污垢的附着位置不同分为两类。第一类研究是灰尘污垢对于蒸发器性能的影响。 在空调运行时，空气中的灰尘会随着来流空气流经蒸发器，部分灰尘颗粒会黏附在 湿润的蒸发器翅片表面，形成空气侧污垢。灰尘污垢主要沉积在翅片前缘，而在翅 片表面沉积较少。灰尘污垢对于蒸发器性能的影响已有大量研究，包括污垢的数量 对蒸发器特性的影响、污垢颗粒直径与沉积量的关系，以及污垢颗粒在翅片表面沉 积模型。第二类研究是微生物污垢对于蒸发器性能的影响。由于蒸发器经常在湿工 况下运行，湿润和黑暗的环境给微生物提供了良好的生长环境，细菌、真菌和病毒 等微生物容易寄生在翅片表面形成微生物污垢。与灰尘在蒸发器的附着方式相比， 微生物污垢可能存在于翅片表面的任意部位，所以微生物污垢对蒸发器空气侧传热 和压降特性的影响与灰尘污垢有显著的区别。对于船用或海水冷却系统中的研究表 明，微生物污垢对蒸发器的传热和压降性能有明显影响，但目前还没有关于微生物 污垢对于空调蒸发器的性能影响研究报道。因此，研究微生物污垢对于翅片管蒸发 器空气侧传热和压降特性的影响具有重要的现实意义。 i i i ) 盐雾腐蚀对蒸发器长效性的影响 在船舶、沿海和岛屿等区域使用的空调，由于在受到海洋的影响，空气湿度和 盐的含量都比陆地高。所以，在上述环境中使用的翅片管蒸发器，在经过长时间运 行后会受到不同程度的盐雾腐蚀。盐雾腐蚀是一种电化学反应过程【