我国北方地区冬冷夏热,自然冷资源非常丰富。在传统制冷空调领域中,存在能源消耗大及过多使用制冷剂造成环境污染等问题,而且夏天室内、畜舍、禽舍的环境温度调控和农产品保鲜会消耗大量能源,尤其是耗费大量不可再生能源,利用可再生能源代替不可再生能源尤为必要。本文针对上述问题,最大限度的开发我国北方丰富的自然冷资源,冬季冻冰蓄冷,夏季开发利用,设计出一套利用自然冷资源替代传统制冷剂的翅片管式热交换器,对节约能源具有重要意义。本文通过查阅相关文献资料,对试验系统的关键部件翅片管式热交换器进行了结构设计,通过理论计算,确定其参数并进行试验优化。(1)翅片管式热交换器性能试验台的搭建。试验平台包括4个系统,即实验冷藏库、制冷循环系统、自动控制系统及数据处理系统。实验冷藏库是进行试验的基础,制冷循环系统主要为翅片管式热交换器提供试验所需要的供冷量,自动控制系统主要应用实验室现已成型的虚拟仪器(Virtual Instrument)技术来测量模型试验库内的温度,利用labview软件平台来设定合理变频器频率,同时调控轴流风机和水泵的转数,进而控制其风速和水流量的大小。数据处理系统则是采集试验需要的数据,并通过调整风机转速和水流量大小使库内环境达到恒温和恒湿。(2)翅片管式热交换器的结构设计。根据热交换器原理与设计要求,确定热交换器的选型、结构及材料,并进行相应的理论计算,确定结构参数和试验系统所需要风机,水泵的类型。(3)在试验平台的基础上对翅片管式热交换器进行单因素和多因素试验研究。为寻求最优的热交换器结构参数及工作参数组合,应用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以热交换器管长,迎风面积,水流量为影响因素,以制冷效率为测试性能指标,实施了优化实验研究,对比分析各个因素对制冷性能指标的影响规律,得出较优的结构和工作参数组合,即水流量为0.86m3/h,管长28~34m,迎风面积0.18~0.25㎡。并对优化参数组合进行试验证。(4)实验冷库内试验表明:本文设计的翅片管式热交换器具有良好的制冷性能,该热交换器能够满足试验工况要求。