翅片管換熱器回路長(zhǎng)度計(jì)算

發(fā)布時(shí)間：2020-12-08

　　翅片管換熱器的設(shè)計(jì)在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常重要。對(duì)于使用R410A的空氣源熱泵,翅片管換熱器需要重新設(shè)計(jì)。其中翅片管回路的設(shè)計(jì)(包括回路長(zhǎng)度和回路的安排方式)是在耗材和成本一定的情況下,盡力提高系統(tǒng)能力的重要優(yōu)化方法。因此筆者將針對(duì)使用R410A的翅片管換熱器回路較佳長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。

　　1　模型的建立

　　1.1　換熱器結(jié)構(gòu)和工況說(shuō)明

　　選取的仿真對(duì)象為某個(gè)空氣源熱泵的室外換熱器,該翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)為:2排管,每排60根管,叉排排列,鋁翅片為人字型波紋片,銅管為內(nèi)螺紋管,外徑為9.52mm,每根直管的長(zhǎng)度為1.5m,翅片間距為1.69mm,翅片厚度為0.11mm,迎面風(fēng)速為2m/s,回路走向?yàn)橹评漤樍鞫�制熱逆流�? 制冷運(yùn)行時(shí),室外換熱器為冷凝器,設(shè)定進(jìn)風(fēng)干球溫度35℃,濕球溫度為24℃,換熱器的入口過(guò)熱氣體溫度為80℃,冷凝溫度為50℃,制冷劑質(zhì)量流量為0.3kg/s;制熱運(yùn)行時(shí),室外換熱器為冷凝器,進(jìn)風(fēng)干球溫度為7℃,濕球溫度為6℃,制冷劑入口干度為0.2,入口飽和蒸發(fā)溫度為2℃,制冷劑質(zhì)量流量為0.15kg/s。

　　1.2　穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)法建模 在分布參數(shù)模型中,需要將傳熱管劃分成若干個(gè)微元段,

　　建模時(shí)假設(shè):

　�、僦评鋭┰诠軆�(nèi)作一維軸向流動(dòng);

　　②只考慮制冷劑與管壁和空氣之間的徑向換熱交換,不計(jì)軸向的熱傳遞;

　�、劾淠�器管壁熱容忽略不計(jì);

　�、軆上鄥^(qū),制冷劑氣體和液體混合均勻;

　　⑤制冷劑氣液看作不可壓縮;

　�、蘅諝夂椭评鋭┰诟鼽c(diǎn)的參數(shù)和流量不隨時(shí)間變化。 其中,ρ為密度(kg/m3),u為速度(m/s),M為質(zhì)量流量(kg/s),Di,Do為管的內(nèi)徑、外徑(m),p為壓力(Pa),f為摩擦系數(shù),h為焓(J/kg),ΔL為微元段長(zhǎng)度(m),Q為熱量(W),下標(biāo)1,2表示控制體入口、出口。且換熱方程:Q=KoAoΔT,其中,Ko為以外表面為基準(zhǔn)的綜合傳熱系數(shù);Ao為ΔL段外表面面積,ΔT為換熱溫差。

　　1.3　幾個(gè)重要參數(shù)的選擇 本文的主要目的是為了計(jì)算得到換熱器的較佳回路長(zhǎng)度,因此制冷劑換熱系數(shù)和壓降以及空氣側(cè)換熱系數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性就非常重要。對(duì)于人字型波紋片的換熱系數(shù),筆者選擇了C.C.wang[1]總結(jié)的公式,而對(duì)于R410A在內(nèi)螺紋管內(nèi)的換熱與壓降公式,選擇Cavallini[2]總結(jié)的公式。

　　2　仿真結(jié)果分析

　　所示為換熱器作冷凝器和蒸發(fā)器運(yùn)行的仿真結(jié)果。以冷凝器為例,從理論分析可以知道,每個(gè)回路的長(zhǎng)度越長(zhǎng),整個(gè)換熱器的回路數(shù)就越少,每個(gè)回路的制冷劑流量就越大,管內(nèi)流速越高,管內(nèi)換熱系數(shù)就越大,從而增強(qiáng)整個(gè)換熱器的換熱能力。但管內(nèi)流速越高,阻力也就越大,阻力增加會(huì)使冷凝壓力下降,冷凝溫度下降,從而減少空氣與制冷劑之間的換熱溫差,反而影響換熱器的換熱能力。因此,存在較佳的較佳回路長(zhǎng)度使得換熱量大。蒸發(fā)器也有相似的結(jié)論。

　　對(duì)于冷凝器來(lái)說(shuō),由于加速阻力和摩擦阻力方向相反,也就是說(shuō)加速阻力能在一定程度上抵消摩擦阻力,因此整個(gè)冷凝器的壓降不會(huì)很大;而蒸發(fā)器中,加速阻力和摩擦阻力方向相同,兩者同時(shí)使壓降增加,因此蒸發(fā)器的壓降相對(duì)較大。對(duì)于熱泵機(jī)組的換熱器須同時(shí)考慮換熱器作冷凝器運(yùn)行和作蒸發(fā)器運(yùn)行的情況。因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般將冷凝器的飽和溫度下降1℃,蒸發(fā)器的飽和溫度下降2℃為級(jí)限。另外為了防止節(jié)流機(jī)構(gòu)產(chǎn)生閃發(fā),冷凝器出口有一定的過(guò)冷度是必要的;同樣,為防止壓縮機(jī)發(fā)生濕壓縮,蒸發(fā)器出口有一定的過(guò)熱度也是須的。所以在上述條件的限制下,能夠找到制冷劑回路的較優(yōu)長(zhǎng)度或長(zhǎng)度區(qū)間。

　　R410A是R22較有希望的替代方案之一,由于熱力性質(zhì)的差別,使用R410A的空調(diào)系統(tǒng)和使用R22空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上需要做較大的改動(dòng)。筆者針對(duì)使用R410A的空氣源熱泵室外換熱器,通過(guò)穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)模型,對(duì)其作為冷凝器和蒸發(fā)器運(yùn)行時(shí)的較佳回路長(zhǎng)度做了初步的計(jì)算。 由結(jié)果可以看出,R410A在內(nèi)螺紋管內(nèi)的阻力比R22要小,因此較佳回路長(zhǎng)度也可以加長(zhǎng),后面得到了采用R410A時(shí),換熱器的較佳回路長(zhǎng)度范圍應(yīng)在14.5～18m之間。