[0001] 本发明设计涉及冷表面测试技术领域，尤其涉及一种冷表面结融霜特性测试系统及测试方法。

[0002] 空气源热泵系统因具有供热供冷功能一体，一次能源综合利用效率高、节能环保以及初投资低、安装灵活等优点，被广泛用于满足建筑、工业、农业等多个领域的冷热用能需求。但空气源热泵系统在低温高湿工况下供热时其换热器翅片易产生结霜问题，进而引起热泵系统供热效率和运行稳定性的下降。因此，探索抑制霜层生长的有效措施和高效可行的除霜方法，是空气源热泵领域的重要研究课题。

[0003] 近年来，亲、疏水改性表面被证实具有抑制凝结水冻结、阻碍冻结区域传播和延缓霜层形成与生长的特点，在热泵抑除霜领域表现出良好的应用前景。因此，观测具有不同表面特性的冷表面的细微观结霜过程，获取其在不同工况下的结融霜特性，成为揭示亲、疏水表面抑霜机理，进而开发高效抑霜功能表面的基础条件。而冷表面在受迫对流条件下发生结霜需同时满足基底温度低于0℃，以及低于气流露点温度的条件，这在实验室室内环境中难以实现。利用传统焓差实验室构建结霜环境的方案存在建造成本高昂、操作复杂和运行费用高的缺点，且焓差室内空间相较冷表面样品尺度过大，存在冷表面附近空气温湿度条件不稳定、气流组织难以控制的缺陷。

[0004] 公开号为CN217277997U，实用新型名称为《一种小型制冷平台结霜实验装置》的专利文献公开了一种小型制冷平台结霜实验装置，该装置通过分别对空气进行降温、加湿处理，随后进行混合构造结霜所需气流参数，但直流式处理方式对制冷机容量存在较高要求，难以实现高风速下的冷表面结霜测试，空气流量调整后气流参数易发生波动。

[0005] 公开号为CN114322423A，发明名称为《一种冷表面结霜量测量装置及应用》的专利文献公开了一种冷表面结霜量测量装置，该装置通过测量密闭空间内霜层全部融化并蒸发后的空气状态参数变化以计算结霜量，但该装置无法调节空间入口气流参数，无法单独营造结霜环境和观测冷表面结融霜的细微观过程。

[0006] 因此，在非结霜环境中精准营造受迫对流下冷表面结融霜的气流和基底环境，并实现气流流速、温度、相对湿度、基底温度等工况参数的简单快速调节，是冷表面结融霜特性测试亟需解决的技术难题。

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。本领域的技术人员应该了解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0035] 如图1所示，本发明提供了一种冷表面结融霜特性测试系统，包括：双回风道管路1、加湿组件、制冷组件、图像采集组件、基底温度控制组件；

[0036] 双回风道管路1包括：加湿风道11、降温风道12、观测风道13、风阀14、导流叶片15，加湿风道11的一端、降温风道12的一端、观测风道13的一端连通；加湿风道11的另一端、降温风道12的另一端、观测风道13的另一端连通；加湿风道11与观测风道13之间构成一个用于给观测风道13中环境加湿的回路，降温风道12与观测风道13之间构成一个用于给观测风道13中环境降温的回路，整体构成如图1所示成“8”字形的双回风道管路1，风从观测风道13一端流入另一端流出。加湿风道11和降温风道12的两端均设置风阀14，风阀14可以在融霜过程中封闭观测风道，避免融霜过程中有气流流动。“8”字形的双回风道管路1中各个折弯处的风道内均设置导流叶片15，可以使气流在流过折弯处时保证气流流动的均匀。

[0037] 加湿组件设置于加湿风道11中，对观测风道13中的湿度进行控制；加湿组件包括：混流风机21、电加热器22、加湿器23、温湿度传感器24；混流风机21串接在加湿风道11上，电加热器22、加湿器23依次设置于混流风机21出风口的一侧；混流风机21吹出的风依次流经电加热器22、加湿器23后从观测风道13的一端进入观测风道13，从观测风道13的另一端流出的部分气体进入加湿风道11，再由混流风机21吹出，形成一个空气循环回路，该空气循环回路主要调节观测风道13中环境的湿度；温湿度传感器24设置于观测风道13内，与电加热器22、加湿器23电路连接，电加热器22、加湿器23会根据温湿度传感器24的测量数值调整工作状态。

[0038] 制冷组件设置于降温风道12中，对观测风道13的温度进行控制；制冷组件包括：变频离心风机31、换热器32、温度传感器33、风量测量仪34；变频离心风机31串接在降温风道12上；换热器32设置于变频离心风机的出风口处，换热器32是空气‑溶液换热器，包括：恒温槽321、溶液泵322、换热器主体323，溶液泵322出口连接换热器主体323溶液侧进口，换热器主体323出口连接恒温槽321，恒温槽321出口连接溶液泵322进口，温度传感器33与溶液泵
322电路连接，可根据温度传感器33测量的温度调节溶液泵322的功率，来调整换热器32的换热速率；风量测量仪34设置于观测风道13的出风口处；变频离心风机31吹出的风经过换热器主体323后进行降温，和加湿风道11中的风一并从观测风道13的一端进入观测风道13，从观测风道13的另一端流出的部分气体进入降温风道12，再由变频离心风机31吹出，形成一个空气循环回路，该空气循环回路主要调节观测风道13中环境的温度。

[0039] 基底温度控制组件对待测样品表面温度进行调节；基底温度控制组件包括：水冷头41、基底溶液泵42、热电偶温度计43、基底制冷恒温槽44、基底制热恒温槽45、基底制冷供水阀门46、基底制冷回水阀门47、基底制热供水阀门48、基底制热回水阀门49；水冷头41通过导热材料与待测样品贴合；水冷头41的进水口与基底溶液泵42的出水口之间管路连接，热电偶温度计43设置在之间的管路中；基底溶液泵42的进水口通过基底制冷供水阀门46与基底制冷恒温槽44的出水口管路连接，通过基底制热供水阀门48与基底制热恒温槽45的出水口管路连接；水冷头41的出水口通过基底制热回水阀门4947与基底制冷恒温槽44的进水口管路连接，通过基底制热回水阀门与基底制热恒温槽45的进水口管路连接；当需要结霜实验时，导通基底制冷恒温槽44与水冷头41之间的回路；当需要融霜实验时，导通基底制热恒温槽45与水冷头41之间的回路。

[0040] 观测风道13的材质选用透明亚格力材质，方便图像采集组件进行图像采集；观测风道13的进风口与出风口处均设有蜂窝均流器131，对流入和流出观测风道13的风进行均流处理；观测风道13中段的管壁上开设有供待测样品置入的可关闭窗口，方便待测样品的放入；

[0041] 图像采集组件设置于观测风道13外一侧，对置入的待测样品的结融霜过程进行图像采集；图像采集组件包括：数据采集上位机51、高速相机52、体式显微镜53；高速相机52通过体式显微镜53采集待测样品结融霜过程的图像，并将图像传输至数据采集上位机51；数据采集上位机51根据采集的图像获取待测样品结融霜特性测试结果。

[0042] 上述器件中，电加热器22功率可调，可使用包括但不限于PTC、电磁式在内的电加热器；加湿器23加湿量可调，可使用包括但不限于使用超声波进行加湿的加湿器；溶液泵322可使用包括但不限于变频水泵。

[0043] 恒温槽321、基底制冷恒温槽44、基底制热恒温槽45，均采用体积分数为50％的乙二醇水溶液作为载冷剂，恒温槽321和基底制冷恒温槽44最低制冷温度低于‑30℃。

[0044] 体式显微镜53和高速相机52位于水冷头41上方，体式显微镜53视野区域可在水冷头41两侧边缘区间内调节。

[0045] 本发明具体实施例还提供了一种冷表面结融霜特性测试系统的测试方法，包括如下步骤：

[0046] 步骤1：将待测样品通过导热材料贴合于水冷头表面，并将待测样品和水冷头置入观测风道中固定；

[0047] 步骤2：打开风阀，启动混流风机和变频离心风机，调整变频离心风机转速直至风量测量仪测量风量达到测试所需值；

[0048] 步骤3：启动换热器、电加热器、加湿器，调整换热器换热量、电加热器的加热温度和加湿器的加湿度直至温度传感器测量的温度以及温湿度传感器测量的湿度达到测试所需值，测试环境进入稳态；

[0049] 其中，当温湿度传感器测量温度高于设定值时，减小电加热器功率；当温湿度传感器测量湿度高于设定值时，减小加湿器功率；当温度传感器测量温度低于‑5℃时，降低换热器换热速率；

[0050] 步骤4：启动高速相机采集待测样品表面图像，进行待测样品表面结融霜测试过程：

[0051] 启动基底溶液泵，打开基底制冷供水阀门、基底制冷回水阀门，进行结霜测试；

[0052] 当结霜测试结束时，关闭风阀、混流风机、变频离心风机、换热器、电加热器、加湿器、基底制冷供水阀门、基底制冷回水阀门，打开基底制热供水阀门、基底制热回水阀门，进行融霜测试。

[0053] 虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。