技术：翅片换热器热泵如何除霜？
热泵的室外机运行需要吸收空气热，当室外温度低于5℃时，室外换热器的蒸发温度就会在0℃以下，室外冷凝器表面结霜发生结霜现象。同时，霜层阻碍了空气的流动，换热器的空气流量减少，从而加大压缩机的负担，加重热泵能效性能和效率的下降，产生严重的损失。本文对热泵除霜技术的研究及应用现状以及新发展动向作了简单的阐述。
目前，抑制结霜和强化除霜技术还没有得到完善和广泛的应用，霜的存在依然会给多个领域的发展带来困扰。因此，为保持系统高效的运行,除霜是需要重点发展的研究核心。目前常用的除霜方法主要有停机自然融霜、水或盐水喷淋融霜、热气旁通除霜、电热除霜和逆循环除霜。常用方法随着热泵技术的发展不能满足需求，需要几种具有良好前景的新方法。
气动除霜：依靠高速气流对霜层的动力作用将霜层从设备壁面上剥离。这种方式耗能小，且不会增加设备间的热负荷。
室内排风除霜：通过合理利用室内排风与环境空气混合，经除湿处理后进行对结霜的抑制。
过冷蓄能除霜：通过相变蓄热，使节流前制冷剂过冷，以达到目的。同时结合室外风机换向延缓结霜。
在此基础上，除霜方式的优化有了进一步的发展。结合传统的和新兴的除霜方式，产生了组合式的除霜方式，例如多热源辅助的除霜方式，结合热气旁通和蓄热除霜的方式，提高除霜效率；结合喷气增焓技术的系统耦合除霜，降低除霜能耗。同时在换热器运行过程中的溶液除霜，也是除霜发展的重要趋势。
除霜方式的发展，主要基于传统的除霜方式以及翅片换热器本身的换热过程，可以从中进行新的研究，寻出更高效和合适的方法。
结霜除霜的研究需要建立相应的模型进行研究，霜层的成长模型是研究结霜除霜的基础。
2.1 控制方程
控制方程主要包括一套体积分数控制方程,两套质量守恒方程、一套组分守恒方程、两套动量守恒方程、两套能量守恒方程和一套湍流控制方程。并使用相应的方程求解相应的状态参数。方程构成了霜层的形成与生长数学模型。此时，霜层为两相混合物的模型形式，负荷霜层的真实结构。
2.2 数学模型的建立
微元段的选取一般有如下两种方法：
根据换热管的排列方式，选取一直管段加上与直管段所相邻的两则各占一半的弯头段以及所连接的翅片为一个微元段，则整个换热器的微元段数等于换热管数。如图（a）所示的换热器。制冷剂在直管段的换热情况需要着重考虑，所以以制冷剂流向为标准，将换热管选出的流程段划分为若干个微元段，每一个微元段上连接的翅片自动划归到该微元段内。如图（b）所示。
仿真模型对霜层生长过程的模拟采用经验性的集总参数模型，均假设霜层的物性在整个霜层中是均匀分布的。仿真模型的经验性的公式较多，需要进行简化处理。为了简化模型，在模拟的过程中，本文做了如下假设：
（1）假设湿空气为不可压的牛顿流体；
（2）湿空气入口流量在入口处均匀分布；
（3）忽略重力的影响；
（4）相邻翅片间的温度场和流场关于中间界面呈对称分布；
（5）换热管外表面温度恒定，等于制冷剂蒸发温度；
（6）翅片根部温度与换热管外表面温度一样，等于制冷剂蒸发温度；
（7）翅片温度沿垂直于换热管方向呈二维分布，在翅片厚度的方向呈一维分布。
2.3 边界条件
边界条件如图所示，空气侧前入口设置为速度入口边界，后端入口设置为自由出流边界。换热管内表面设置为无滑移固体壁面，温度与制冷剂蒸发温度相同。前端和后端均设置为绝热边界。两个计算域共有的界面设置为内部面,在计算过程中,两个计算域的温度通过这些界面进行传递。其他的界面均设置为对称面。
2.4 初始条件
举例说明翅片换热器的基本工况，进行结霜除霜的模拟仿真研究方法。分析翅片管结构对结霜特性的影响,我们使用变参数正交模拟。其中，保持不变的参数为换热管外径、管壁厚、翅片厚度、管间距和湿空气进口温度，其取值见表1。变化的参数为翅片间距、湿空气进口流速、湿空气进口相对湿度和制冷剂蒸发温度，其取值见表2。
最后根据工况的参数进行模拟计算，得出翅片换热器结霜特性结果，进而用于除霜的分析。
除霜模型的建立是基于水平圆管的二维物理模型，采用VOF方法研究霜层融化的特征。霜层融化过程中，首先是冰晶坍塌，靠近壁面的霜层开始融化，融化水沿着壁面向下流动。在霜层存在孔隙的客观因素下，融化霜层得到的霜水被未融化的霜层所吸收，并且在室外环境温度足够低的情况下，吸收霜水的霜层会重新凝固，形成新的霜层。上述实际的融霜过程过于复杂，用FLUENT现有技术精确模拟融霜的整个过程目前还做不到。
于是借鉴融霜模拟分析的常用假设，我们使用以下假设：
所有翅片管在融霜开始阶段初始温度统一；霜层均匀布在换热器表面；融霜过程为准稳态过程；霜层物理性质为传统结霜的性质；霜的热导率为固定值；忽略辐射换热；忽略霜层的自然变化过程；霜层外表面和外界的自然对流传热系数为定值。结霜除霜模型是典型的凝固与融化模型，结合流体基本方程，展开对模型的数值模拟，即可获得复杂流场中各位置的基本状态参数的分布以及随时间变化情况，明确除霜模型的动态特性。从翅片换热器截截取其中一根单管以及周围的翅片，并绘制模型图。
从图中取下一个翅片。为简化分析，做以下假设：认为温度仅与肋片高度有关，肋片的导热系数为常数，肋片顶端中间位置视为绝热肋片的传热简化为一维稳态导热方程：
通过数值模拟研究翅片间霜层的融化过程，需要定义两翅片间为一个单元，从一个翅片到另外一个翅片中间的物质分别是霜层-空气-霜层，由于物理模型具有几何对称性，因此数值模型只需要物理模型的一半进行模拟计算。图4上部圆圈部分的模型如图5所示。
随着翅片换热器热泵技术的发展，除霜问题成为相关技术发展的重点突破口，近年来国内外相关机构对做出大量研究。
翅片换热器结霜特性的研究通过实验和数值模拟的方式，从翅片形式、换热器的基本组成部分的运行特性等角度入手，结合具体的运行工况，进行结霜除霜特性的研究。研究多数为换热器结霜除霜特性的研究，少有挑选重点角度进行结合除霜的优化研究，侧重研究相对较少，整体研究精细程度不够突出，将来的研究可有侧重精细进行结霜特性的研究，促进除霜的研究。