空调系统的能耗对建筑节能具有重要意义,其广泛应用于夏季制冷除湿和冬季制热,空调系统的节能不仅可以降低建筑能耗,也符合低碳建筑的发展要求。研究表明:表面有微纳米结构的空调翅片可以有效增大其传热系数和除湿能力,提高其冬季的抗结霜性能。本文通过阳极氧化法制备了不同孔径的纳米微孔铝翅片,其孔深为60±5 μm,其平均孔径分别为30 nm(样品2)、90 nm(样品3)、200 nm(样品4)、300 nm(样品5)、400 nm(样品6),以抛光铝翅片(样品1)作为对比翅片对纳米微孔铝翅片表面的接触角、比表面积和分形维数等进行了测试计算分析,通过搭建的实验测试平台,对其表面凝露及结霜的形貌进行了可视观察,并利用称重法对其表面凝露和结霜性能进行了计算分析,研究了表面凝露及结霜性能的影响因素,分别建立了纳米微孔表面的凝露量和结霜量随时间变化的计算模型。同时分析了水分子在纳米微孔表面上的成核驱动力和成核障碍机理,研究了表面成核速率和成核密度的影响因素。在此基础上结合理论模型与实验测试结果对纳米微孔表面的凝露和结霜机理进行了研究,建立了其表面湿润现象仿真模型,将实验测试值与模型值进行了对比分析。凝露实验结果表明:抛光铝翅片表面呈珠状凝结,纳米微孔铝翅片表面呈膜状凝结;纳米微孔铝翅片表面被冷凝水完全覆盖所耗时间远小于抛光铝翅片。纳米微孔铝翅片的凝露性能优于抛光铝翅片,样品4平均凝露速率相对于样品1提高了 97.3%。根据不同表面温度下样品4与样品1平均凝露速率大小的对比,样品4表面温度15℃时对应的平均凝露速率大于样品1表面温度为10℃对应的平均凝露速率,约等于其表面温度为5℃时对应的平均凝露速率,由此可分析得出将样品4作为空调蒸发器上的换热翅片材料,在相同的除湿量下,可以将蒸发器温度提高5～10℃。结霜实验结果表明:纳米微孔铝翅片的抗结霜性能优于抛光铝翅片,其中样品3的抗结霜性能最好,样品1的抗结霜性能最差,样品3相比于样品1其表面结霜量最高可减少36.7%。样品3、6在低温高湿环境下表现出了良好的抗结霜性能,该特性弥补了目前超疏水空调铝翅片在高湿环境下会失去抗结霜性的缺点,扩大了翅片的气候适应性。结合吉布斯自由能、表面吸附模型和表面分形理论对纳米微孔表面的凝露和结霜现象进行了机理分析,对纳米微孔表面的凝露和结霜性能的影响参数进行了研究。纳米微孔表面凝露性能主要受吉布斯自由能和表面吸附机制的影响,表面分形维数对其影响不大,建立了平均凝露速率与复合机理参数的计算模型,模型值与实验值平均相对误差为10.6%。其结霜性能同时受吉布斯自由能、表面吸附和表面分形维数的影响。建立了初期霜层形貌模型,样品3属于表面吸附力大、表面分形维数低的亲水型翅片,这种特殊性能使得其表面首先在底部生成稀疏的冰层,对后续霜层的生长起到架空隔热的作用,从而在低温高湿环境下仍具有良好的抗结霜性能。通过样品接触角建立了表面润湿性的CFD仿真模型,模拟了不同表面的湿润现象,模拟结果显示:样品1呈现为珠状凝结,样品2～样品6呈现为膜状凝结。在经典凝露模型的基础上进行了风速修正因子和纳米微孔表面结构修正因子的修正,建立了凝露量计算改进模型,其实测值与改进模型值平均相对误差为7.26%。结霜实验中样品1、3实测值与模型值平均相对误差分别为14.88%、24.80%,经纳米微孔表面结构修正因子修正后,样品3实测值与改进后模型值平均相对误差降为7.07%。