痕量水低温表面结霜及换热性能实验研究

摘要

为了研究痕量水结霜对低温冷表面换热性能的影响，搭建了可视化受限低温表面结霜换热实验台，采用低温液氮将冷表面维持在液氮温区，开展了水汽含量（水蒸气体积分数）小于1 000×10^-6的冷表面结霜实验，通过二值法图像处理技术，获得了霜层厚度沿湿空气流动方向的分布特征，系统探究了霜层厚度、结霜量、密度和热流量随时间的变化规律，以及湿空气流速、温度、湿度对低温痕量水结霜生长速率和换热效率的影响。实验结果表明：霜层厚度沿湿空气流动方向逐渐降低，湿空气入口0 m位置与0.1 m位置处霜层厚度差距较大、0.1 m位置与后续位置霜层厚度差距较小；较高的湿空气流速、湿度以及较低的湿空气温度对应较大的霜层厚度、结霜量和密度。总换热量中显热热流量占90%以上；水汽含量主要影响潜热热流量，对总换热量影响较小；显热换热量和总换热量与湿空气的流速及温度正相关。通过实验数据拟合得到了液氮温区冷表面霜层密度无量纲关联式，整体误差在±20%以内。该研究对液氮温区低温换热器结霜和换热性能分析具有一定的参考价值。

关键词

低温表面结霜 / 痕量水 / 霜层厚度 / 热流量 / 密度关联式

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51976150); 国家重点研发计划资助项目(2022YFB3402700)