【摘 要】
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空气源热泵作为可再生能源利用技术之一,在清洁供暖的背景下得到广泛应用。管翅式换热器是空气源热泵常用室外换热器。暴露在室外的换热器工作时会出现积灰、脏堵、磨损等现象,尤其在西北地区常年多风沙等颗粒物,上述现象更加明显。颗粒物长时间在换热器表面的沉积与冲蚀,会形成脏堵与磨损,影响机组换热效率与运行安全,也与高效应用空气源热泵技术,为碳减排做贡献的初衷相违背,所以研究空气源热泵用翅片管式换热器脏堵与磨损
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空气源热泵作为可再生能源利用技术之一,在清洁供暖的背景下得到广泛应用。管翅式换热器是空气源热泵常用室外换热器。暴露在室外的换热器工作时会出现积灰、脏堵、磨损等现象,尤其在西北地区常年多风沙等颗粒物,上述现象更加明显。颗粒物长时间在换热器表面的沉积与冲蚀,会形成脏堵与磨损,影响机组换热效率与运行安全,也与高效应用空气源热泵技术,为碳减排做贡献的初衷相违背,所以研究空气源热泵用翅片管式换热器脏堵与磨损具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以空气源热泵用翅片管式换热器为研究对象,运用气固两相流理论,采用数值模拟的方法,计算了气相与离散相在换热器通道内的运动规律,分析了气流速度、颗粒物粒径、浓度与沉积和冲蚀之间的关系及其脏堵与磨损形成规律;同时在数值模拟与图像处理以及实际运行的室外换热器图像信息的基础下,提出适用于ASHP室外换热器脏堵程度的识别方法,并对其进行试验验证。主要研究结论如下:（1）颗粒物运动轨迹受曳力与惯性力的综合影响。小粒径颗粒物易受气流曳力影响,少部分小粒径颗粒物沉积在换热管迎风面的低压区域与背风面的涡流区域;大粒径颗粒物易受惯性力影响,沉积在换热器底部区域。随气流速度增加,湍流区域面积增大,湍流区域内小粒径颗粒物数量增多,颗粒物与换热器表面碰撞的概率增大。（2）换热管与翅片表面颗粒物沉积率,随气体流速增加呈先增大,后减小的趋势;翅片表面颗粒物沉积率小于换热管表面颗粒物沉积率;随颗粒物粒径的增大,翅片与换热管表面沉积率呈先增大,后减小,最后趋于平缓的趋势;换热管与翅片表面的平均沉积率随颗粒物浓度的增大而增大。（3）换热管与翅片表面平均磨损率,随气体流速的增大而增大;随着颗粒物粒径的增大,换热器表面平均磨损呈先增大后减小最后趋于平缓的趋势,颗粒物粒径为25μm时,换热管的磨损率出现峰值;随着颗粒物浓度增大,换热器表面平均磨损率呈线性递增;在上述三个影响因素中,大粒径颗粒物产生的冲蚀磨损受气流速度的影响大于粒径的影响,浓度的影响程度最小;小于峰值粒径的颗粒物引起的冲蚀磨损中,粒径大小对冲蚀的影响大于气流速度的影响。（4）通过对实际运行的室外换热器脏堵图像信息进行处理,得到换热器表面脏堵系数随运行时间的变化关系,提出ASHP室外换热器脏堵程度识别方法。根据积灰前期颗粒物组织分散且沉积速率增量最大为依据,确定脏堵程度达到4%时为最佳除垢时间点,此时对应实际运行天数为84天。
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