不同环境参数对间冷式冰箱蒸发器结霜换热性能的影响

　　冰箱的基本功能就是保持食品的新鲜和质量。研究已经表明食品的质量取决于冷冻室和冷藏室的空气温度和气流分布，不合适的空气温度和风速可能会影响食品的保鲜。因此，必须保证冰箱制冷性能的稳定。在间冷式冰箱制冷系统中，翅片管蒸发器结霜是经常遇到的问题。虽然结霜初期的少量霜层会增加传热面积和表面的粗糙度而加强对流传热，但是随着霜层的增长，结霜一方面会减少通过换热器的空气流量, 另一方面霜层的热阻会降低蒸发器的传热效果。在以往的研究中，一些文献^[1-3]对翅片管换热器的结霜有所阐述。Kondepudiand O’Neal^[1]针对翅片管换热器在结霜环境下的性能变化给出了解析模型。Rite and Crawford^[2]研究了不同的环境参数对霜层形成的影响，并总结出结霜速度会随着空气流速和空气相对湿度的增加而增加。Thomas et al^[3]为了研究换热器翅片的结霜形成过程和特性建立了专门的实验台，通过激光扫描系统测量了霜层厚度和翅片上霜层的分布。就目前的研究而言，国内外学者对于结霜现象的研究大多集中在空气源热泵换热器方面^[4,5]，而对于间冷式冰箱等小型间冷式制冷装置中的蒸发器结霜问题研究的较少。Ogawa^[6]研究了家用冰箱蒸发器结霜问题并指出在蒸发器中迎风的前排结霜厚度要比后面几排大很多。Rite^[7]也对冰箱中的蒸发器结霜进行了实验研究，指出了提高风速，空气温度和空气相对湿度以及降低蒸发温度能够增加蒸发器的总传热系数和空气压降。丁国良^[8]等也对间冷式冰箱蒸发器做过一些仿真工作，利用新的数学模型开发了提高精确性的计算方法。但是蒸发器的结霜是一个非定常、有相变及移动边界层的复杂传热传质过程, 精确的理论模拟尚有一定的困难, 通过实验手段进行分析研究仍十分重要。

　　对于每个给定的换热器, 霜层增加到一定厚度后, 换热量将迅速下降. 因此, 每隔一段时间必须除霜以确保设备的正常运行。在间冷式冰箱中，通常采用的是电加热融霜, 也就是必须消耗额外的热量，导致能耗增加;但是, 除霜也不能过于频繁,因为在除霜过程中,设备需要停机。因此, 合理确定除霜周期对提高冰箱的整体性能是很重要的. 在冰箱实际应用中，比较常用的除霜方法是定时法, 然而对不同结构的换热器, 在不同工况条件下结霜的情况是不一样的, 定时控制显然不太合理。在结霜条件下对蒸发器的性能进行研究，对于优化环境参数，改进蒸发器结构设计和合理确定融霜时机都具有重要意义。

　　研究中，建立了空气强迫对流蒸发器结霜性能测试实验台，对一个典型的间冷式冰箱的冷藏室蒸发器在不同的环境参数下进行了结霜工况的实验研究，考察了空气流速、空气相对湿度、制冷剂流量等对蒸发器性能的影响。考察时间为6~8小时，与实际应用相符。