空气源热泵蒸发器结霜是 1 个复杂的传热传质过程，涉及到气、液、固三相间的变化。对于空气源结霜，目标有结霜机理、抑霜和除霜技术等。其中，抑霜技术包括改变室外空气温度和湿度、风速等环境参数，调整翅片间距、管排数、蒸发器面积等蒸发器结构，改变表面亲水性和疏水性、翅片开孔等蒸发器翅片特性，以及外加磁场、电场、超声波等方面。
空气源热泵蒸发器结霜是 1 个复杂的传热传质过程，涉及到气、液、固三相间的变化。对于空气源结霜，目标有结霜机理、抑霜和除霜技术等。其中，抑霜技术包括改变室外空气温度和湿度、风速等环境参数，调整翅片间距、管排数、蒸发器面积等蒸发器结构，改变表面亲水性和疏水性、翅片开孔等蒸发器翅片特性，以及外加磁场、电场、超声波等方面。 本期，我们就一起来看空气源热泵用开圆孔翅片管式换热器结霜特性。
吸收式制冷实验台由空气与制冷剂 2 个回路组成，包括风系统、制冷系统、数据测量和采集系统三部分组成。
寸如图 1 和图 2 所示， 2 种换热器的基管均为铜管，翅片均为表面不作亲疏水处理的铝箔，横向管排数为 12 ，纵向管排数为 2 。实验换热器试件由专业厂家精加工制成，翅片与基管采用胀管工艺连接，接触紧密，实验结果不考虑接触热阻。
为满足对比性实验工况的要求，实验开始时通过实验台的电加热器和加湿器调节风洞内空气状态点，以干球温度 7 ± 0. 5 ℃，相对湿度 81% ± 3% 为对比实验的标准实验起始工况状态点，实验风速为 1m / s 。实验过程中实验室内的温度维持在 6 ～ 15 ℃ ，以减少由于风洞保温层导热引起的外界热扰对各实验数据的影响。每组片型换热器连续测量 2 h ，温度和湿度 30 s 记录 1 次数据，电表、压差、压缩机吸气压力 10 min 记录 1 次数据。每组实验均重复做 3 次，综合分析比较数据，剔除差异性较大的数据，以保证测量结果的准确性。
图 3 是 2 种片型换热器的阻力随时间变化曲线，相比于平直翅片管式换热器，开圆孔翅片管式换热器的阻力增加较慢，表明其外表面的霜层体积生长速度较慢。在 90 min 实验后，平直翅片管式换热器的阻力增加放缓，此时翅片间通道基本被霜层堵塞，翅片间空气流量急速下降，其强化换热性能基本失效。
而开圆孔片型蒸发器达到相同阻力的时间大约在 110 min ，比平直翅片管式换热器延迟了 20 min 左右。在 90 min 之后，由于结霜严重， 2 种换热器的换热性能均退化严重，继续讨论翅片片型对霜层生长特性的影响意义不大，故下文将对 2 种翅片管式换热器在前 90 min 的各方面性能进行讨论分析。
如图 4 所示，在实验初始阶段，平直翅片管式换热器的换热量稍微高于圆孔翅片管式换热器。主要原因是在相同工况下，平直翅片的换热面积比圆孔翅片大，翅片表面开圆孔的强化换热增量不足以抵消因为面积减少而造成的损失。随着实验的进行，换热器表面上析出凝结水和霜层引起的热阻增加和空气流量减少成为影响换热的主要因素，圆孔翅片的换热量逐渐高于平直翅片。最终，平直翅片管式换热器的平均换热量为 1. 63 kW ，而圆孔翅片管式换热器为 1. 82 kW ，提高了 11. 7% 。
图 5 是 2 种翅片蒸发器在的当量对流换热系数 h a 随时间的变化。在实验的开始阶段，平直翅片蒸发器的当量对流换热系数 h a 稍低高于开圆孔翅片，其原因是翅片表面开圆孔对湿空气的扰动作用，这与干工况类似。
受结霜影响，平直翅片管式换热器的当量对流换热系数 h a 急剧下降，从 初 始的 97. 00 W / ( m 2 · K) 到 90 min 下降到了 12. 48 W/( m 2 · K) ，下降了 7. 77 倍 ; 而圆孔翅片管式换热器的当量对流换热系数 h a 也在逐渐下降，但下降速度相对较慢，从初始的 102. 25 W/( m 2 · K) 下降到了 33. 12 W / ( m 2 · K) ，下降了 3. 09 倍。
此外，与平翅片管式换热器的平均当量对流换热系数 46. 67 W/( m 2 · K) 相比，圆孔翅片管式换热器为 63. 06 W/( m 2 · K) ，提升了 35. 1% 以上。圆孔翅片管式换热器的面积的总面积为 1. 644 8 m 2 ，比平直翅片管式换热器的 2. 004 5 m 2 少了近 21. 9% ，再加上圆孔翅片管式换热器换热量较高，二者共同促成了圆孔翅片管式换热器平均当量对流换热系数的大幅提升。
前排翅片最先接触到低温高湿的空气，空气中的水蒸气在翅片表面析出凝结水，翅片和基管的温度远低于冰点温度，析出的凝结水最终结霜并结冰， 2 种翅片管式换热器的前排翅片的结霜均较为严重，见图 6a 。后排翅片与前排翅片的温度差不多，当空气流到后排翅片时，空气温度较低且含湿量大幅减低，凝结水析出量较少，故后排翅片的结霜情况要比前排翅片较轻，见图 6b 。
在后排翅片结霜较少，还具有较强传热性能的时候，因为前排翅片间通道被霜层堵塞，引起通过蒸发器的空气流量急剧减少，而丧失了强化换热能力。造成了换热器的换热面积不能得到充分利用，缩短了结霜除霜周期，降低了蒸发器的综合利用效率。这种现象侧面反映出前排翅片间阻力越大、换热性能越强，越容易造成翅片间通道被霜层堵塞，换热器的强化换热性能丧失的时间越早，这也是百叶窗翅片、开缝翅片、波纹翅片等换热器在结霜工况下的性能比平直翅片差的原因。
模拟计算结果显示，翅片表面开孔能够造成强烈的空气扰动。从图 6 中可以看出， 2 种翅片管式换热器前排翅片表面均被霜层覆盖，而开圆孔翅片管式换热器的后排翅片结霜情况比平直翅片严重。
相比于平直翅片管式换热器，在实验前期，开圆孔翅片表面的气流扰动较强，有利于促进空气中的凝结水滴向后运动，甚至被排到换热器外部，其前排翅片表面霜层体积增加较慢，总结霜量也较低 ; 在实验后期，因前排翅片表面霜层体积增加较慢，仍有较多的气流通过开圆孔翅片管式换热器，湿空气中水蒸气开始在后排翅片表面析出并结霜，促进前后排表面的霜层均匀分布，其结霜量的反而增加。
如图 7 所示， 90 min 实验内，圆孔翅片管式换热器的累计结霜量 ( 271. 7 g) 比平直翅片管式换热器的累计结霜量 ( 243. 3 g) 增加了 11. 7% 。霜越多凝结潜热就越多，开圆孔翅片管式蒸发器的总换热量也高于平直翅片管式蒸发器。
