翅片管換熱器流程布置研究現(xiàn)狀與發(fā)展

1、-作者xxxx-日期xxxx翅片管換熱器流程布置研究現(xiàn)狀與發(fā)展【精品文檔】翅片管換熱器流程布置研究現(xiàn)狀與發(fā)展 日期:2006-4-4 12:48:33 來(lái)源:來(lái)自網(wǎng)絡(luò) 查看:大 中 小 作者：未知 熱度： 166 鄧斌,王惠林,林瀾(廣東科龍電器股份有限公司,廣東528303)1引言翅片管換熱器廣泛的應(yīng)用于空調(diào)和制冷行業(yè)中,為了提高換熱器的性能,我們常常采用以下幾種方式來(lái)強(qiáng)化換熱:(1)提高換熱系數(shù);(2)增加換熱面積;(3)增加空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的平均溫差。第一種方案如果在換熱效果較差的一側(cè)采用強(qiáng)化管(或強(qiáng)化翅面),或兩側(cè)同時(shí)強(qiáng)化,能有效地改善換熱器的性能,但由此也帶來(lái)一些缺點(diǎn),例如

2、:換熱器設(shè)計(jì)成本、耗功的增加。第二種方案中增加換熱器的換熱面積對(duì)于改善換熱器的性能是一種有效的途徑,然而在有限的空間中增大換熱器的面積(即增加空調(diào)的體積)也是行不通的。在強(qiáng)化換熱的第三個(gè)措施上(即增大傳熱溫差),研究人員投入的精力并不多。因?yàn)槿藗兺ǔＵJ(rèn)為當(dāng)高、低溫介質(zhì)一定時(shí),傳熱平均溫差就隨之而定了。這種觀點(diǎn)是片面的,事實(shí)上,流程布置對(duì)換熱性能的影響是不可忽略的。2對(duì)換熱器流程布置研究的必要性眾所周知,當(dāng)高溫、低溫介質(zhì)的進(jìn)口溫度一定時(shí),逆流換熱比順流換熱有著更大的傳熱平均溫差,因而也具有更大的換熱量,叉流換熱的換熱量處于這兩者之間。這說(shuō)明換熱器流程布置會(huì)改變傳熱溫差的分布,會(huì)對(duì)換熱量產(chǎn)生影響。

3、對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器流程布置的研究比較復(fù)雜,因?yàn)閷?duì)其造成影響的因素很多。其一,管內(nèi)制冷劑經(jīng)歷了相變過(guò)程(例如制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中一般都要經(jīng)歷過(guò)熱、飽和和過(guò)冷三個(gè)階段),由此導(dǎo)致了其在換熱和流動(dòng)方面特性的很大改變。其二,我們希望換熱器有一個(gè)均勻的換熱和流動(dòng)性能(尤其是蒸發(fā)器)。然而復(fù)雜的流程布置會(huì)造成傳熱的不均勻性,這是我們進(jìn)行流程布置研究尤其是復(fù)雜流程布置研究中應(yīng)盡量避免的。換熱器流程布置不僅僅指換熱管的排列方式,還包括換熱管組的分叉流動(dòng)等情況。當(dāng)制冷劑流量一定時(shí),通路數(shù)和分叉與否直接影響制冷劑的流速,從而也會(huì)影響換熱系數(shù)。因此,平均溫差和傳熱系數(shù)對(duì)換熱器的換熱特性影響較大。最優(yōu)的管組連接方式

4、應(yīng)使兩者的綜合效果最佳,以取得較高的換熱量?？紤]到上述因素,逆流是不是總是最好的布置方式?對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜情況,換熱管組連接方式對(duì)換熱量有怎樣的影響?能不能找到較優(yōu)的連接方式,使其既能提高傳熱量,又能滿足實(shí)際情況的需要?基于上述考慮,我們需要對(duì)換熱器流程布置進(jìn)行分析研究。其目的也是通過(guò)制冷劑流程的變化來(lái)增大傳熱溫差,改善換熱效果,同時(shí)也使制冷劑在管路中有更好的分布。通過(guò)較優(yōu)的換熱器流程布置方式,可以達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的,而且又避免了開(kāi)發(fā)強(qiáng)化換熱管子和強(qiáng)化換熱翅片所需的大量財(cái)力和物力。因此,這是一項(xiàng)很有意義的工作。3國(guó)內(nèi)外的研究狀況對(duì)空調(diào)用換熱器流程布置,國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。他們主要是，

5、 ,和等。針對(duì)特殊的流程布置提出了一種冷凝器數(shù)學(xué)模型,該模型基于管對(duì)管的計(jì)算方法,管排數(shù)只局限于最多兩排,這是最早的研究?jī)善髁鞒滩贾玫奈墨I(xiàn)。隨后等利用不同的數(shù)學(xué)模型對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器流程布置進(jìn)行了研究。從1991年起,基于傳熱單元法,利用管對(duì)管的計(jì)算模型開(kāi)發(fā)了一套軟件-來(lái)研究蒸發(fā)器和冷凝器的流程布置。該軟件能計(jì)算較為復(fù)雜的換熱器流程,制冷劑種類(lèi)包括了目前空調(diào)換熱器中大多數(shù)制冷劑,但其也存在很多缺點(diǎn),例如蒸發(fā)器流路沒(méi)有匯合點(diǎn),冷凝器流路沒(méi)有分叉點(diǎn)等。2000年新加坡的和將火用分析應(yīng)用于換熱器流程布置,建立了翅片管換熱器流程布置的分布參數(shù)模型。作者對(duì)“”字形、“雙進(jìn)單出”、“單進(jìn)雙出”、“單-雙-單

6、”這幾種兩排管冷凝器的布置方式進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析(見(jiàn)圖1),認(rèn)為在給定條件下,當(dāng)選擇合適的分合點(diǎn)之后,“單-雙-單”要比簡(jiǎn)單的“”字形布置節(jié)省約5%的面積。通過(guò)對(duì)“”字形流路的研究,作者發(fā)現(xiàn),在過(guò)熱和過(guò)冷段,壓降和傳熱系數(shù)都比較小,因此強(qiáng)化傳熱應(yīng)集中在這兩個(gè)區(qū)域,兩相區(qū)的熱阻甚至和外部空氣側(cè)熱阻相同(圖2-4)。所以在兩相區(qū)采取雙路布置以減小流速,降低壓降。單相區(qū)采取單路布置,以強(qiáng)化傳熱。這就演化成“單-雙-單”布置方式。最終作者得出結(jié)論:通過(guò)流路的合理安排,改變換熱器沿程的冷媒的質(zhì)量流量,可以達(dá)到改善和提高換熱器換熱效率的目的。近年來(lái),流程布置的研究也引起了國(guó)內(nèi)學(xué)者的重視,但公開(kāi)報(bào)道的較少

7、,目前只有臺(tái)灣工研院的-,浙江大學(xué)的張紹志,以及西安交通大學(xué)的郭進(jìn)軍 等。-在其文獻(xiàn)中對(duì)包括“”字形,“”字形,“雙進(jìn)雙出”等八種雙排管冷凝器流程布置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,逆流“”字形布置是最好的布置方式。作者還同時(shí)觀察到在這些布置中,不可避免的出現(xiàn)了翅片間的逆向?qū)?影響了換熱器性能。為消除逆向?qū)?作者建議抽取迎風(fēng)側(cè)的幾根管子,或在兩排管中間開(kāi)縫(圖5)。張紹志等建立了非共沸制冷劑翅片管冷凝器的分布參數(shù)模型,并以407為例通過(guò)計(jì)算比較了字型順流,逆流,字型布置等6種制冷劑流程布置的翅片管冷凝器的性能(見(jiàn)圖6)。經(jīng)分析作者認(rèn)為,在6種流程中,以逆交叉流程布置為最佳,以順交叉流程布置為

8、最差。最佳與最差流程布置的冷凝器尺寸的差別隨制冷劑質(zhì)量流速的增加而增大,在質(zhì)量流速為300/2時(shí)可達(dá)5 1%。說(shuō)明冷凝器流程布置對(duì)換熱器換熱性能有一定的影響,尤其在制冷劑流速較高時(shí)。.最近,西安交通大學(xué)的郭進(jìn)軍 基于傳熱單元法,對(duì)空調(diào)用冷凝器和蒸發(fā)器建立了相應(yīng)的數(shù)值模型,并對(duì)字型,字型順流,逆流,雙進(jìn)單出,單雙單以及雙進(jìn)雙出等6種不同的流程布置方式進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。該文認(rèn)為“”字形和“”字形,“單-雙-單”的流程布置較好,運(yùn)用場(chǎng)協(xié)同理論和等熱流密度原則等傳熱學(xué)基本原理,從理論上較好的解釋了流程布置對(duì)換熱器換熱性能的影響,并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)流程布置的一些基本原則。但該文模擬的換熱器流程管排

9、數(shù)較少,沒(méi)有考慮風(fēng)扇來(lái)流不均勻性的影響,同時(shí)也沒(méi)有將管外翅片結(jié)構(gòu),管內(nèi)結(jié)構(gòu)和流程布置結(jié)合起來(lái)。因此該模型還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。4國(guó)內(nèi)各空調(diào)公司對(duì)流程布置研究的認(rèn)識(shí)從國(guó)內(nèi)各空調(diào)公司的實(shí)際情況來(lái)看,由于目前計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)尚未與制冷設(shè)計(jì)相完美結(jié)合,加之制冷系統(tǒng)的有關(guān)理論在實(shí)踐中也顯得不太完善,所以為了研制出令人滿意的產(chǎn)品,工作量相當(dāng)巨大。如果能夠找到較為理想的理論來(lái)指導(dǎo)廠家的實(shí)踐,使得廠家以較少的工作量就能得到性能匹配良好的產(chǎn)品,無(wú)疑是具有重要的實(shí)踐意義的。對(duì)換熱器流程布置的理論研究目前國(guó)內(nèi)各公司基本無(wú)人涉及,大多是借助于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷流路布置的好壞,然后進(jìn)行管路的修改和調(diào)整。這不但浪費(fèi)時(shí)間,而且浪費(fèi)大量的物力和財(cái)力。因此對(duì)翅片管換熱器的流程布置,迫切需要一套切實(shí)可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究方案。5結(jié)論及展望綜上所述,對(duì)于翅片管換熱器,理論和實(shí)驗(yàn)研究