恒豐冷暖設備始建于1963年,是研制開發生產蒸發式冷凝器,鋁排管,速凍機等制冷輔助設備的專業廠家;恒豐冷暖生產的蒸發式冷凝器具有運行安全可靠,使用壽命長等優點。速凍機采用國際先進的焊接設備和技術,單凍機箱體內、外表面均為不銹鋼板,在運轉過程中,因此無傳動故障,易清洗,無污染。新型鋁排管是我公司研制的新型制冷設備,解決了原國內市場的無縫鋼管吊頂排管諸多問題。
冷凝器流程布置的數值模擬研究——數學模型的建立與驗證
引言
風冷換熱器被廣泛地應用于空調制冷行業中,為了改善其性能,常常采用以下幾種方式來強化換熱:1)增大換熱系數;2)增加換熱面積;3)增大空氣側和制冷劑側的平均溫差。
大量的文獻將研究重點放在了前兩種方式上,對于第三種方式,很少有文獻涉及,但是研究發現,改變換熱器的流程將使換熱器的換熱特性產生很大的變化。例如,當高、低溫介質的進口溫度一定時,換熱器逆流換熱比順流換熱有更大的傳熱平均溫差,因而有更大的換熱量,叉流換熱的換熱量則處于兩者之間。本文研究了冷凝器流程對其性能的影響。
為了詳細研究冷凝器的傳熱特性,建立數學模型時將冷凝器劃分成許多小單元,每個單元為一個控制體。用于研究的控制體根據冷凝器的結構選取�？刂企w沿管長方向的長度為δy(應大于肋片間距),沿垂直管長方向的長度為δx,為方便起見,取空氣流動方向與δx 方向一致。
數學模型的基本假設是:
1) 制冷劑及空氣進口參數恒定;
2) 制冷劑中無不凝性氣體;
3) 不計換熱管的軸向導熱;
4) 不計換熱管管排之間逆向導熱的影響;
5) 肋片沿換熱管長度方向均勻分布;
6) 空氣在計算單元內沒有沿軸向方向的摻混。
對每一個控制單元,采用效能傳熱單元數法(εNTU 法)計算:
一旦ε確定后,換熱量即可確定:
總的換熱系數可由下式確定:
式(1)～(3)中 ε為效能;NTU 為傳熱單元數;U0 為總換熱系數,W/(m2·℃);A0為總換熱面積,m2;qm 為流體的質量流量,kg/s;c 為流體的比熱容,kJ/(kg·℃);t′ 1,t ′ 2 分別為管內外流體的進口溫度, ℃ ;hi 為制冷劑側換熱系數,W/(m2·℃);At,i 為管內總換熱面積,m2;δ為管壁厚度,m;kp 為管材導熱系數,W/(m·℃);At,m 為管子平均換熱面積,m2;ho 為空氣側換熱系數,W/(m2·℃);η為肋片效率。
其中空氣側、制冷劑側換熱系數,肋片效率等參數的計算求解過程如下:
在已知冷凝器進口參數的情況下,按制冷劑流經傳熱(控制)單元的順序來計算,這樣每個傳熱單元的制冷劑進口參數都是已知的或可以直接由上一單元的出口參數得到。在計算時,必須先假定制冷劑出口參數以獲得平均物性參數,然后再迭代計算。空氣出口參數由前一排管對應單元空氣出口參數獲得。如果流程布置方式為逆流或混合流,也必須采用迭代算法計算,計算在每個單元的出口參數均滿足給定精度后結束。
需要特別指出的是,當流程布置方式為混合流(如兩排管流路中的“單雙單”流路———制冷劑單路進入,然后分成兩支路,最后在出口附近匯合成一路流出)時,各分支制冷劑流量分配會不一樣,此時應根據各分支流路壓降相等的原則,進行流量調整。具體計算時,應先假設各分支制冷劑流量均分,對各分支單獨進行計算,計算完畢后比較各分支壓降的大小,據此對制冷劑流量進行修正,反復迭代,直到各分支壓降偏差滿足給定的精度為止。
為了驗證模型及程序的正確性與可靠性,對比了數值模擬結果與文獻的實驗結果。模擬時的冷凝器的基本幾何參數、測試條件、流程布置均與文獻中的冷凝器相同。
數值模擬結果和實驗測試結果的對比分析如下:
兩種形式的冷凝器的進出口總壓降隨迎面風速的變化。計算值和實驗值吻合較好,最大偏差為7%。迎面風速為1.5m/s, 制冷劑側流量分別為100,200,300kg/(m2·s)時,沿換熱管長度方向的換熱管壁溫分布。風速不變、管內制冷劑質量流量較小時,管路布置方式對換熱的影響較大。
隨著質量流量的增加,管路布置方式對換熱的影響逐漸減小。量流量較小時,A 型冷凝器計算值和實驗值偏差相對較大,B 型冷凝器計算值和實驗值吻合較好。原因在于A 型冷凝器前后排溫差較大,肋片的逆向導熱對管壁溫度有一定的影響。流量進一步減小時,由于氣相與液相制冷劑分別位于肋片的左右側,在肋片中形成了逆向導熱,即熱量從制冷劑進口側向出口側傳遞,因此在接近進口處出現了管壁溫度上升的現象。由于數值模擬過程中沒有考慮換熱管管排之間逆向導熱的影響,因而在制冷劑出口段,模擬計算結果并未出現實驗結果中的壁溫上升現象,計算值和實驗值偏差較大。B 型冷凝器由于前后排溫差較小,肋片的逆向導熱可以忽略不計,因此計算結果和實驗值偏差較小。
本文采用效能傳熱單元數法(εNTU 法)對兩種不同流程布置的冷凝器進行了模擬計算,并與前人的研究結果進行了對比分析。從分析結果看,本文的模擬計算結果與文獻的實驗結果較為一致,冷凝器管壁溫度分布的計算值與實驗數據吻合良好,管內制冷劑壓降的最大偏差為7%,說明本文的計算模型是可靠的,可以用來比較不同形式流路對冷凝器性能的影響,還可用于冷凝器流路的優化設計。
錄入時間：2014/10/21 12:11:34 點擊次數:2059
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