一维准稳态结霜模型解析：影响因素与特性分析

【资源摘要信息】: "准稳态结霜模型求解与分析" 本文主要探讨了一维准稳态结霜过程的数学建模及其求解方法。结霜模型对于理解制冷设备和热交换器中的霜层形成过程至关重要，因为它直接影响到设备的能效和性能。作者王军、陈雁和高才分别来自河南工业大学和合肥工业大学，他们通过深入研究揭示了结霜过程的特征，并分析了不同因素对结霜速率的影响。 一、准稳态结霜模型 准稳态模型假设在结霜过程中，霜层厚度的变化相对缓慢，使得系统可以在某个时间间隔内保持近似平衡状态。这种模型简化了问题的复杂性，使得求解成为可能。模型考虑了空气中的湿气在冷表面凝华的过程，同时考虑了内部凝华现象，即霜层内部的水蒸气也参与凝华，这使得模型更接近实际的物理过程。 二、模型求解与分析 研究人员运用数值计算方法解决了该模型，通过对模型的求解，得出了结霜过程的动态特性。他们发现，结霜过程是由表面凝华和内部凝华两部分共同作用的结果，这意味着霜层的形成并非仅局限于表面，而是一个内部和外部相互作用的过程。 三、影响因素 1. 湿气流速：流速越大，湿气与冷表面接触的频率越高，从而导致更快的结霜速度。 2. 相对湿度：相对湿度增加意味着空气中水蒸气含量更高，为结霜提供了更多的原料，因此更高的相对湿度会加速结霜过程。 3. 冷面温度：冷面温度较低时，湿气更容易凝华，导致结霜速度加快。 四、霜层密度增长的临界点 研究还发现，在结霜过程中，霜层密度的增长存在一个临界点。当达到这个临界点后，尽管霜层继续增长，但传热恶化速度并不会显著加快。这一发现对于优化除霜策略具有重要意义，因为在达到临界点后，继续结霜对设备性能的影响可能并不显著。 五、关键词 文章关键词包括“结霜”、“准稳态模型”和“热质耦合”，这些关键词突出了研究的核心内容，即对结霜过程的准稳态数学描述以及热和质量传递的耦合作用。 六、分类与标识 文章按照“TQ018”和“TQ051.6+2”分类，分别属于化学工程和技术物理领域，文献标识码为“A”，表示这是一篇原创性的科学研究论文。 这篇研究通过建立和求解准稳态结霜模型，深入剖析了影响结霜过程的关键因素，为制冷设备的设计和优化提供了理论依据。其结果对于提高设备效率、降低能耗以及制定有效的除霜策略具有重要的实践价值。