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平行流微通道换热器结霜研究综述
摘要
本文综述了平行流微通道换热器结霜研究的现状和发展方向。首先介绍了平行流微通道换热器的基本理论和优点，然后分析了结霜现象及其对换热器性能的影响。接着，概述了目前学术界对平行流微通道换热器结霜机理的研究进展，并总结了不同结霜形态下的换热器性能变化。最后，讨论了目前该领域存在的问题和未来发展趋势。
关键词：平行流微通道换热器；结霜；机理；性能
Abstract
Thisarticlereviewstheresearchstatusanddevelopmentdirectionoffrostformationonparallelflowmicrochannelheatexchangers.Firstly,thebasictheoryandadvantagesofparallelflowmicrochannelheatexchangersareintroduced,andthenthephenomenonoffrostformationanditsimpactontheperformanceoftheheatexchangerareanalyzed.Next,theresearchprogressoffrostformationmechanismonparallelflowmicrochannelheatexchangersinacademiaissummarized,andtheperformancechangesofdifferentfrostformationformsaresummarized.Finally,theexistingproblemsandfuturedevelopmenttrendsinthisfieldarediscussed.
Keywords:parallelflowmicrochannelheatexchanger;frostformation;mechanism;performance
1.引言
平行流微通道换热器由于其具有高热传导率、小体积、低质量和较高的表面积积比等优点，已经得到了广泛的关注和应用。然而，当在微通道中工作流体的温度低于结霜点时，就会出现结霜现象。这不仅会影响换热器的性能，还可能导致管道堵塞、减小通道断面积、增加流量阻力等问题。因此，研究微通道换热器结霜机理和相应的应对策略是十分重要的。
2.结霜现象及其对换热器性能的影响
结霜是指空气中凝华出的冰层，主要是由水蒸气在低温条件下直接冷凝形成。在平行流微通道换热器中，结霜不仅会对热交换过程产生影响，还会对整个系统产生严重的影响。在结霜条件下，换热器表面的温度降低，导致了相应的热传递系数下降。此外，结霜层的增厚也会降低通道的有效尺寸，增加了流道阻力、减小了流量和热传递系数，从而降低了换热器的效率。
3.结霜机理研究进展
3.1基础形态结霜
基础形态结霜是指平行流微通道中出现的一层均匀的、光滑的结霜层。这种形态的结霜发生在微通道表面温度降低到露点以下时，常见于高湿度、低气动力和低热通量的情况。研究表明，基础形态结霜是由于微通道表面的水蒸气超饱和度过高、表面温度和空气中的露点差异过大、气动力较小等原因造成的。
3.2固体式结霜
固体式结霜是指微通道内出现的一种极不规则的结霜形态。在此情况下，形成的结霜层通常不均匀和不光滑，冻结的冰可能长在通道的一侧或两侧，甚至长在通道中心。这种形态的结霜经常发生在微通道内部存在异质性、热通量较大和气动力较大的情况下。
3.3玻璃体式结霜
玻璃体式结霜是指微通道内出现的一种类似玻璃体的结霜形态。玻璃体式结霜经常发生在微通道表面存在局部的结霜点和局部压缩的情况下。随着体积的增大，结霜层就会逐渐向微通道的中心延伸，直到将微通道完全封闭。
4.换热器性能变化
在不同的结霜形态下，换热器的性能变化也是不同的。基础形态结霜时，换热器表面的热阻增加，同时折射率也会增加，从而降低了热传递强度。在此情况下，材料的热导率和热容量变化不大。固体式结霜时，由于冰的热导率较低，导致换热系数下降，同时因为冰的积累，导致壁面热阻增加。玻璃体式结霜时，由于微通道基本上被完全封闭，流动阻力下降，但传热系数和热传导逐渐降低。
5.问题和发展趋势
目前，针对平行流微通道换热器结霜机理研究还存在一些问题。例如，缺乏结晶动力学和尺度效应等方面的基础研究，无法完全解释微型结构的成核和生长过程；结霜模型的建立对流动和传热的耦合机制的考虑不够充分；缺乏高效的抗冻性能增强技术和防结霜技术等。未来，将有必要进一步研究这些问题，提高微通道换热器的稳定性和效率。