【《关于微通道换热器研究的国内外文献综述》5700字】

致谢-PAGE128--PAGE127-关于微通道换热器研究的国内外文献综述本文通过实验与仿真结合研究了微通道换热器化霜排水问题与微通道换热器流动与传热性能优化，调研的文献包括换热器流路设计研究现状、微通道换热器结/除霜特性研究现状、微通道换热器排水特性研究现状以及微通道换热器翅片强化换热研究现状。以下为国内外研究现状：换热器流路设计研究现状针对微通道流路设计的部分研究是针对制冷剂分液的研究，而对翅片管分液与风速匹配的研究较多。杨葛东[9]研究了竖直集管换热器和水平集管换热器的制冷剂分流均匀性进行研究，实验结果表明，对分流产生影响的换热器结构包括集液管结构参数与扁管数量等。薛震[10]等人研究发现每个流程并联的扁管数沿流向依次减少。潘京大[11]等人对吸风与送风两种方式下换热器流路的设计进行研究，结果发现，两种送风方式的风场都为风速非均匀分布特性，吸风方式的风速分布分布更均匀；发现结合风速分布对流路进行合理调整，可以提高换热性能。何鹏[12]等人研究三种流程设计方案，结果表明，采用分－合流流程布置可以强化换热器的制冷段的换热效果，提高出口过冷度，提高换热器性能。赵夫峰[13]等人研究了分布式流路设计对换热器性能的影响，提出了制冷剂干度增大的同时增大流路数与之匹配，并通过实验验证发现换热器的制冷制热性能都有提高。微通道换热器结/除霜特性研究现状国内外科研人员针对微通道换热器的结霜研究较多。在结霜初期，风量变化很小，粗糙的霜层是通过提高换热系数来强化换热；霜层较厚时，霜层热阻与空气流量的降低使换热效率变低，从而使换热器的换热快速恶化[14-17]。Xue，Zhang等[18,19]主要研究了翅片管换热器的霜层生长特性。实验研究结果表明，空气的平均温度与相对湿度对霜层厚度、冷却能力和空气侧压降均有一定程度的影响。贾鹏[20]、Tsu-An[21]、Moallem[22]、盛伟[23]、李玉婷[24]均采用实验的方法对微通道换热器表面结霜情况进行了研究，发现结霜情况主要受两方面影响：一是环境因素；二是结构因素。影响结霜的环境因素有空气温/湿度、迎面风速以及翅片表面温度等。梁志豪[17]等人研究结果表明，室外环境温度越低，空气的相对湿度越高，迎风面的空气流速越小，蒸发器的表面结霜速率越快，制热结霜周期越短。Tsu-An[21]研究结果表明，换热器的局部翅片在其表面温度越低，空气中的湿度越高时，结霜的速率也就越快；迎风面的空气流速对结霜速率影响很小。Moallem[22]的实验研究结果表明，从结霜生长的变化过程可知结霜是从翅片的前缘开始逐渐向后发展，因此迎风侧的翅片表面结霜较多，背风面结霜少。陈华[25]等人通过研究了换热器迎风面的空气流速对换热器换热性能的影响。结果显示，随着迎风面空气流速越大，空气的出口温度越高，空气侧压降逐渐提高且增幅逐渐减小；同时，发现迎风面空气流速为2.5m·s-1时，实验所研究的换热器的换热量最高。影响换热器结霜的结构因素包括扁管间距、翅片形状、翅片布置方式、翅片长度和翅片间距等。Tsu-An[21]研究成果表明，换热器的翅片长度与翅片深度对结霜速率的影响比局部翅片表面温度对结霜速率的影响小。Kim[26,27]研究结果表明，换热器表面的霜层主要集中在迎风侧，结霜的不均匀，使得换热器性能降低。Xu[28-30]等人通过对比了微通道换热器的三种不同翅片形状在结霜工况下的性能，发现在湿工况下，当风速为1m·s-1时，具有排水功能的新翅片的压降低于百叶窗换热器的压降，低于波纹翅片换热器的压降；在结霜工况下，针对制热稳定性，新型翅片结构的稳定性优于波纹翅片换热器的稳定性。Zhang[34]等人研究了换热器在不同风机控制试验条件下的结霜现象，得出不同风机控制方式对翅片管换热器结霜过程中空气侧压降、平均风速和换热率有显著影响的结论。盛伟[23]等人实验研究结果表明，微通道换热器两侧的结霜分布不均匀，迎风侧换热器表面的结霜量多，背风侧换热器表面的结霜量少；在制热运行1h时，换热器的压降降低了68Pa，制热量减小了20W。Xu[30]对多种微通道换热器在结霜工况下的特性进行了研究和对比，认为新型翅片微通道换热器具有良好的疏水性能。Wu[32,33]等人提出了基于CFD的结霜模型来预测结霜的增长和致密化。他们进一步引入了霜冻形成的无量纲相变驱动力，并用它建立了霜冻模型并且将霜冻模型与欧拉多相流结合起来。应用该模型对波纹翅片管换热器表面霜层生长过程进行了数值模拟。李玉婷[24]研究了湿工况微通道换热器的表面冷凝水的排水特性，结果表明，当环境温度为30℃时，空气的相对湿度越高，换热器表面的冷凝水的生成速率以及换热器空气侧的换热系数越高，即换热器表面冷凝水的增加在一定范围内强化了空气侧换热系数；当环境温度为33℃时，空气的相对湿度由60%升高到70%，换热器表面冷凝水增加较多，换热热阻明显，从而换热器空气侧的换热系数明显降低。微通道换热器排水特性研究现状从已有的文献报道来看，目前针对微通道换热器排水性能研究，即研究插片式微通道换热器，但是其研究还不成熟，并没有在实际应用中获得推广。Fujino[8]等人设计了一种插片式微通道换热器的结构，不同于传统铜管铝翅片，插片式微通道换热器的翅片和扁管均采用铝材质，因此被称作全铝型微通道换热器。他们发现，与传统的翅片管换热器相比，在相同换热能力下插片式微通道换热器的质量减少约三分之一，这将大大降低成本。为增强排水性能，翅片在一侧延伸形成连续翅片，并且使用了翅片上下侧非对称设计和小边角百叶窗来引流冷凝水。浸没测试显示，插片式微通道换热器的排水性能几乎和传统翅片管换热器相当。Zhang[34]等人研究了连续结霜工况下插片式微通道换热器空气侧的性能，并将其称为平行流平行翅片(PF2)换热器。在前几次结霜循环中，每个周期的初始压降都在增加，持水量也在增加，换热量在减小，8个周期后达到稳定，每次循环表现出重复性和周期性。高的空气湿度和来流速度将使霜层增厚，压降增大，但同时换热也增强。相比于传统平行流蛇形翅片(PFSF)换热器，PF2换热器在相同工况下能够延长运行13分钟。Moallem[22]等人的实验研究了微通道换热器翅片的表面温度和持水量对其结霜性能的影响，通过图像处理测量霜层厚度，结果表明表面温度和持水量对结霜有一定影响。在研究换热器排水性能时，动态浸渍法是一种简单易行的实验方法。Liu[35]等人分析了动态浸渍法测量换热器冷凝水排放性能的可信度，通过与风洞实验测试结果对比，发现动态浸渍法的测试结果对浸渍速率很敏感，文中给出了一个合适有效的动态浸渍测试方法和注意事项。Zhong[36]等人通过对比风洞实验和动态浸渍实验结果验证了动态浸渍法的可行性，他们还建立了一个考虑重力、表面张力、阻尼效应的模型来预测换热器的排水性能。Sommers[37]等人利用动态浸渍法测试了平翅片管换热器的排水性能。微通道换热器翅片强化换热研究现状国内外科研人员针对微通道扁管结构参数对换热性能的影响的进行数值研究。郭春海[38]等人对微通道换热器的特征尺寸进行数值模拟。结果表明，换热性能最佳的微通的尺寸为：高宽比是0.8。Kong[39]等人研究了换热器的管间距对换热器性能的影响，从而提出了最佳的管间距。目前，有关传统微通道换热器的换热性能的研究主要为翅片结构参数和空气侧风速对换热性能的研究。韩赛赛[40]、吴迎文[41]、吴学红[42]等人利用数值模拟的方法对平行流微通道换热器的换热性能进行了研究，他们发现由于迎风面空气流速的提高，换热器的换热量与空气侧的压降同时增大。当微通道换热器在系统中作为蒸发器时，扁管内制冷剂为气液两相流，液相制冷剂容易分配不均，从而导致某些支路出现“干蒸”或者“供液过多”，从而对换热器的整体性能产生较大的影响[43,44]。国内外科研人员针对空气侧风速对换热性能的影响的进行数值研究。韩赛赛[40]等人实验研究结果表明，迎风侧空气流速的大小对换热量的影响远大于冷冻水的水流量对换热器换热量的影响；随着迎风侧空气流速逐渐增大，换热器的换热量的增加量逐渐减小，而压降的增加量逐渐增大。陈华[45]等人实验研究结果表明，随着迎风侧空气流速的逐步提高，压降增大的同时，微通道换热器的换热系数与换热器的换热量逐步增加；随着冷冻水的进水温度的升高，压降减小的同时，微通道换热器的空气侧换热系数与换热器的换热量逐渐减小。国内外学者针对翅片结构参数对换热性能的影响的进行数值研究。吴迎文[40]等人研究了波纹高度、周期数与波纹倾角对微通道换热器的影响，结果发现，综合性能较佳两组波纹翅片结构的波纹倾角均为为13.5°。Saleem[46]等人采用数值模拟方法研究了不同结构参数下百叶窗微通道换热器的换热性能，结果表明，开窗角度分别为19°、23°、27°、31°；翅片间距分别为1.0mm、1.2mm、1.4mm；翅片宽度分别为16mm、20mm、24mm；在低Re时，综合性能较佳一组是开窗角度为19°。翅片间距为1.2mm，翅片宽度为16mm。在Re较高时，j因子与翅片间距成正比，而在Re较低时，j因子与翅片间距成反比。吴学红[42]等人数值仿真结果发现，百叶窗角度为27°，翅片间距为1.4mm时，迎面风速相同，在同一下，管径为1mm的Nu比管径为1.5mm的Nu大4.8%~10.5%，管径为1mm的Nu比管径为1.8mm的Nu大24.6%~25.8%；迎面风速相同时，管径为1mm的JF值最大，综合性能最好。Cao[47]等人研究了6种不同分区结构百叶窗翅片的传热和流动特性，结果表明，在风速为2.5m·s-1的情况下，百叶窗翅片换热性能最佳。与普通平直翅片相比，百叶窗翅片的传热系数提高了9.5%。当空气侧的风速为6m·s-1时，百叶窗翅片的换热系数提高了17.7%。前面研究的是微通道换热器翅片的结构参数对换热和阻力特性的影响，此外针对翅片管换热器的不同翅片类型及翅片参数对换热和阻力特性的数值模拟较为成熟，可以借鉴。张姣阳[48]等人研究结果表明，与圆管相比，矩形翅片椭圆管的换热性能好，同时其空气侧压降压降低。孟辉[49]等人数值仿真结果表明，风速相同时，翅片间距越小，Nu和f越大；随着风速增加，Nu的降幅减小，而f的增幅增大。在湿工况下，迎面风速越小，则翅片间距对f的影响越大。郭轶波[50]等人通过数值仿真研究了析湿工况下，开缝式翅片管换热器的换热性能与阻力性能。结果表明，随着空气的相对湿度的逐渐增大，Nu也逐渐增大，而空气侧的f因子变化不明显；在干工况下，空气侧换热系数受相对湿度影响非常小。国内外学者针对翅片类型对换热性能的影响的进行数值研究。宋源[51]等人研究了4种不同形式的翅片管换热器的传热和流动特性。结果表明，随着迎面风速增大，换热器换热量逐渐提高，同时空气侧压降逐渐增大。开缝翅片与波纹翅片可以提高换热效率。吴勇[52]等人研究了3种不同百叶窗式翅片的传热特性，结果表明，新提出的三角翼结构和多区域结构都可以提高换热器的综合性能，因此结合两种结构的翅片的综合性能最优。缪洪康[53]等人研究了2种不同翅片类型的传热特性，结果发现，与传统矩形翅片相比，他所提出的两种流线型翅片的换热系数比传统翅片都有不同程度的提高，压降都有不同程度的降低，综合性能提高。国内外学者使用数值仿真方法，研究了不同的翅片间距对换热器换热性能的影响。Yun[54]等人通过数值仿真发现百叶窗翅片的翅片间距和开缝结构的布置形式对其性能的影响远大于其它翅片结构参数对百叶窗翅片性能的影响。此外，Aksoy[55]和李猛[56]等人研究了翅片间距以及条缝数量对于翅片管换热器性能的影响，结果发现，当开缝的数量不足6个，随着翅片间距的减小，Nu和流动阻力逐渐增大；当开缝数量超过6个，随着翅片间距的减小，Nu先增大后逐渐减小，而阻力一直在逐渐增大。并提出了换热性能最佳的翅片间距与开缝数量的组合。施兴兴[57]等人的实验结果表明，随着百叶窗翅片的翅片间距逐渐减小，换热器的流动阻力逐渐增大；从而得出翅片间距应该适量的增加，才能提高换热器的综合性能。国内外学者对于翅片管换热器的翅片换热研究较多，本文主要研究的是插片式微通道换热器，其翅片结构与传统微通道换热器的翅片结构有一定差异，故本文计划研究半波纹半开窗复合翅片的波纹结构与百叶窗结构的不同结构参数对换热性能与流动特性的研究。参考文献ADDINEN.REFLIST国家能源局．国家能源局关于做好2018-2019年采暖季清洁供暖工作的通知［EB/OL］．[2018-11-23]．/auto84/201812/t20181214_3497.htm．葛洋，姜未汀．微通道换热器的研究及应用现状[J]．化工进展，2016，35(S1)：10-15．王颖，徐博，陈江平，等．微通道换热器用于家用柜机空调时整机性能的对比实验研究［J］．制冷学报，2015，36(1)：24-29．PrakashS,KumarS.Fabricationofrectangularcross-sectionalmicrochannelsonPMMAwithaCO2laserandunderwaterfabricatedcoppermask[J].Optics&LaserTechnology,2017,94:180-192.NguyenTQ,ParkWT.Rapid,low-costfabricationofcircularmicrochannelsbyairexpansionintopartiallycuredpolymer[J].SensorsandActuatorsBChemical,2016,235(nov.):302-308.ChoH,ChoK.Massflowratedistributionandphaseseparationofr-22inmulti-microchanneltubesunderadiabaticcondition[J].MicroscaleThermophysicalEngineering,2004,8(2):129-139.RitcheySN,WeibelJA,GarimellaSV.Localmeasurementofflowboilingheattransferinanarrayofnon-uniformlyheatedmicrochannels[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2014,71(71):206-216.FujinoH,KamadaT,InoueS.DevelopmentofAllaluminummicrochannelheatexchangerforair-conditioner[C]//The15thInternationalHeatTransferConference.2014.杨葛东，王磊，汪俊勇，等．微通道换热器中制冷剂分流均匀性的研究进展［J］．制冷，2015，000(004):29-35．薛震，周鑫．汽车空调全铝微通道换热器结构研究［J］．日用电器，2018，No.151(07):110-113．潘京大，李学良，刘睿．基于轴流风扇风速非均匀分布的流路优化［J］．家电科技，2020(S1):75-77．何鹏，刘德雄，靳小明，等．风冷冷凝机组管片式冷凝器设计研究［J］．低温与超导，2020，v.48(09):89-92+110．赵夫峰，武滔，何哲旺，等．空调室外换热器分布式流路设计与实验验证［J］．制冷学报，2020，v.41；No.191(01):99-105．王强，刘凤珍，戎卫国．风冷热泵换热器结霜机理及在霜运行特性研究［C］//2006年山东省制冷空调学术年会“格力杯”优秀论文集．中国制冷学会；中国建筑学会，2006．郭宪民，王成生，汪伟华，等．结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证［J］．西安交通大学学报，2006，40(005)：544-548．李晓娟，钱锦远，陈珉芮，等．微通道换热器结霜现象的研究进展［J］．现代化工，2017，11(v.37；No.373)：53-56+58．梁志豪，巫江虹，金鹏，等．电动汽车热泵空调系统结霜特性及除霜策略［J］．兵工学报，2017，38(001)：168-176．LipingX,XianminG,ZhenX.ExperimentalStudyofFrostGrowthCharacteristicsonSurfaceofFin-tubeHeatExchanger[J].EnergyProcedia,2017,105:5114-5121.ZhangL,JiangY,DongJ,etal.Anexperimentalstudyontheeffectsoffrostingconditionsonfrostdistributionandgrowthonfinnedtubeheatexchangers[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2019,128(JAN.):748-761.贾鹏．微通道换热器空气源热泵系统性能与结除霜特性研究［D］．北京建筑大学，2019．Tsu-AnHsu,Der-RenHwang,Yuan-ChinTsai.Experimentalinvestigationofadverseeffectoffrostformationonmicrochannelevaporators,part1:Effectoffingeometryandenvironmentaleffects[J].internationaljournalofrefrigeration,2013,36(6):1762-1775.MoallemE,PadhmanabhanS,CremaschiL,etal.Experimentalinvesigat