电冰箱用微通道冷凝器制冷剂侧传热与压降特性试验研究

建立电冰箱换热器试验台,对具有百叶窗翅片的微通道冷凝器制冷剂侧的传热和压降进行测试。结果表明:随着制冷剂质量流速的增加,冷凝器换热量、换热系数及制冷剂流动压降均增大,在冷凝压力为1.46MPa,制冷剂质量流速从90 kg/(m~2·s)增加到150 kg/(m~2·s)时,换热量、换热系数和压降分别增加63%,116%和166%;随着冷凝压力的升高,换热量增大,换热系数减小,在制冷剂质量流速为150 kg/(m~2·s)时,冷凝压力为1.46 MPa与冷凝压力为1.16 MPa相比,换热量增加12%,换热系数降低39%。     

风速对冷凝器换热能力的影响

本文采用分布参数法建立了冷凝器数学模型,在此模型基础上编写了冷凝器仿真程序,对三种管排数的冷凝器进行了模拟.通过计算不同风速下空气侧换热系数和管内外温度的变化,来分析风速对冷凝器换热能力的影响.由计算可知在换热面积相同时2排管冷凝器换热能力要比4排管冷凝器换热能力大2.36%;减少管排数可提高空气侧平均换热因子,减小压降.     

管排数对变频空调系统翅片管蒸发器性能影响研究

通过对2排管和4排管翅片管蒸发器进行实验研究,以确定管排数在变频制冷工况下对翅片管换热器的影响。结果表明管排数对蒸发器换热量影响比较明显,平均单位管排换热量和传热系数2排管的均大于4排管的,析湿工况下2排管的空气侧压降小于4排管的空气侧压降,并随着压缩机频率的增加更明显。     

空气侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,与实验对比验证了模型的正确性。利用所建立的模型,研究了翅片高度、翅片间距、百叶窗开窗间距、百叶窗开窗角度变化对多元微通道平行流冷凝器传热和流动性能的影响。结果表明,随着翅片高度的增大,换热量逐渐增大,空气侧压降逐渐减小;随着翅片间距或者百叶窗开窗间距的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐减小;随着百叶窗开窗角度的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐增大。     

二氧化碳翅片管式蒸发器模拟与分析

运用分布参数法建立采用CO2的翅片管式蒸发器的数学模型，分析制冷剂侧和空气侧温度、压力和换热的变化情况。同时讨论迎面风速和制冷剂质量流量对蒸发器换热和流动性能的影响，结果表明提高迎面风速可以增加换热效果，但增加的趋势趋于平缓。制冷剂侧压降则成近似线性增大；随着管内工质流量的增大，蒸发器总换热量和制冷荆侧压降都成近似线性增大。这些工作有助于进一步了解CO2在翅片管式蒸发器中的换热和流动特性，并为换热器的优化设计和系统的匹配提供理论依据。     

基于NSGA-III算法的小管径翅片管式蒸发器高维多目标优化

以稳态分布参数法和NSGA-III算法为基础，提出一种翅片管式蒸发器结构参数与流路参数混合寻优的方法，并依此展开小管径蒸发器结构和流路参数的影响分析与流路的高维多目标设计优化。建立的小管径翅片管式蒸发器模型与实测数据的误差在4%以内，可以较好地用于小管径翅片管式蒸发器的计算。基于该模型进一步建立以结构参数与流路参数为自变量，换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本为因变量的神经网络模型，并利用NSGA-III算法对模型进行优化求解，得到小管径翅片管式蒸发器在一定的结构参数变化范围内的最优结构参数及最佳流路。研究结果显示：管外径对小管径翅片管式蒸发器的换热量、制冷剂侧压降以及成本的影响程度最大；翅片间距对小管径翅片管式蒸发器的空气侧压降影响程度最大；翅片厚度对换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本的影响程度均最小；流路主要影响蒸发器的换热量及制冷剂侧压降；制冷剂流路为二支路、三支路和四支路时，模型可输出综合性能最优的结构及流路特征。     

管径变化对蒸发器性能影响的仿真与实验研究

家用空调换热器采用的管径不同,产生的传热效果等性能有差异。采用空气焓差法,对具有相同制冷量的5 mm管径换热器和7 mm管径换热器进行了蒸发工况的实验,并建立了不同管径换热器的仿真计算模型,分析了管径的变化对蒸发器制冷剂侧和空气侧的换热和压降的影响。对比实验与计算结果,发现:1)5 mm换热器空气侧表面传热系数提高了17%;2)在相同制冷量下,5 mm换热器的制冷剂质量流量减少了4.6%,质量流速增大了89.4%,同时由于管壁热流密度的增大,引起了蒸干点的提前;3)以制冷剂达到相同干度时的换热系数作为基准,随着干度的增加,5 mm管的管内换热系数增大到7 mm管的1.43~1.86倍;同时制冷剂的摩擦压降、加速压降和局部压降均为7 mm换热器的3倍,压降引起了蒸发温度降低1.1℃。     

风速对不同流程数CO2蒸发器性能的影响

为研究迎面风速对不同流路数CO₂翅片管蒸发器性能的影响,本文建立分布参数模型对蒸发温度为-25℃,风速为0.5～4 m/s条件下5种流路数CO₂翅片管蒸发器的制冷剂压降、换热量、温度分布及传热系数的变化进行分析,并通过实验验证了蒸发器模型的可靠性。蒸发器模型的换热量、制冷剂压降和风侧压降等参数模拟值与相同工况下实验值的误差均在±4%以内。结果表明:同一流路数蒸发器的换热量、制冷剂压降及传热系数均随风速的增大而增大,而其涨幅随风速增大而减小,综合考虑换热效果和能耗可得最佳风速范围为2.5～3.5 m/s;在一定风速条件下,蒸发器设计时在合理范围内选择较多流路数可有效提升蒸发器换热性能并增强换热均匀性,本次实验中24流路蒸发器为最佳设计方案。     

分液冷凝器及其空调/热泵系统的研究进展

分液冷凝技术是一种通过主动调控制冷剂冷凝过程的干度和流量,实现在制冷剂侧增大传热系数和减小压降的管内强化传热方法。本文综述分液冷凝技术原理、各类分液冷凝器的结构实现方式,总结该技术对冷凝器热力性能和空调/热泵系统性能的影响。结果表明,分液冷凝技术可大幅度减小压降,且在高质量流速下可实现强化传热系数;与常规翅片管式冷凝器相比,相同传热面积时分液冷凝器可提升空调/热泵系统能效比;在系统能效比相当时可减小冷凝器传热面积。该技术具有一定的应用前景和工程价值。     

不同空气侧风速下微通道蒸发器换热特性实验研究

搭建微通道蒸发器性能实验台,采用控制变量法研究不同空气侧风速下微通道蒸发器表面温度分布、制冷剂进出口压力的变化规律,计算换热量和换热系数,从而分析空气侧风速对微通道蒸发器的流量分配特性和换热效果的影响。结果表明,随着风速增大,微通道蒸发器制冷剂流量分配不均匀性增大,进出口压力波动振幅和周期增加,压降增大,风速2 m/s时微通道蒸发器换热效果最佳。     

Evaluation of microchannel condenser characteristics by numerical simulation

This paper presents the development of a finite-volume-based numerical condenser model that considers important factors such as non-uniform air temperature and velocity at the front, fin conduction, refrigerant-side maldistribution caused by pressure balance between tubes, and air-side distribution for multislabs. Air-side and refrigerant-side microscale heat transfer and pressure drop correlations are carefully compared. The model results match well with lab test results for one-slab and two-slab microchannel heat exchangers on heat transfer and pressure drop. Several simulations are conducted to determine the impact of return air temperature, tube wall temperature, and non-uniform refrigerant flow rate. In addition, optimization results are analyzed by changing the number of flat tubes in each pass for both types of heat exchangers.     

翅片管式CO2气体冷却器模拟与优化

为了研究CO2在翅片管式气体冷却器内的流动特性,建立了稳态分布参数模型,并进行了实验验证。结果表明:CO2侧换热系数受入口压力和质量流量的影响较大,但入口温度对其影响很小。换热量随着入口压力的变化有一个最大值;且随着流量的增大,最大换热量所对应的入口压力值逐渐增大。压降和换热量均随入口温度的增加而线性增加。适当增加管程数,采用较小管径的气冷器性能更高。     

多元平行流冷凝器传热流动性能研究

平行流冷凝器空气侧采用间断型扩展表面的波纹型百叶窗翅片,制冷剂侧采用小水力直径的非圆截面微通道多孔铝制扁管,选用适合于该微尺度强化换热结构的传热和压降关联式,对某规格的平行流冷凝器建立数学模型并在一定工况下进行数值模拟.结果分析表明,制冷剂在非圆截面微通道内的冷凝过程中,表面张力对表面传热系数的强化效果明显;通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作用,从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降,与常规换热器相比具有显著的优越性.     

翅片管冷凝器低压环境下空气侧换热特性研究

本文通过搭建压力可调的封闭环境仓,实验研究了在40~101 kPa低压环境下,不同的管排数和循环热水温度对翅片管冷凝器空气侧对流换热特性的影响。结果表明:在相同的空气侧雷诺数下,环境压力的降低导致空气侧对流换热减小。当空气侧雷诺数为400时,环境压力从101 kPa降至40 kPa,对流换热表面传热系数随之降低44.1%;随着环境压力的降低,管排数对空气侧对流换热的影响变弱;在低压环境下,改变循环热水温度不会对对流换热表面传热系数产生明显影响。随着环境压力的降低,空气侧的对流换热表面传热系数与常压模型的计算结果偏差增大,当环境压力从101 kPa降至40 kPa时,平均偏差从17.3%增至77.5%。在实验的基础上,本文根据环境压力、管排数对空气侧对流换热的影响,对常压下的翅片管空气侧换热模型进行修正,修正后的平均偏差为9.5%。     

板式蒸发冷却空冷器的阻力和传热特性实验研究

通过改变风量、水量和增湿供水量,对板式蒸发空冷器阻力及传热特性进行实验研究,得到干工况下空气侧和热水侧的阻力及对流换热系数关联式.实验结果表明,增湿工况下,空气侧阻力几乎不受影响,换热系数随增湿供水量增加而增大,约为干工况时的6倍.     

分液冷凝器的管程理论设计及热力性能评价

根据分液冷凝器强化换热思想对其管程理论设计方法进行了研究。依据质量流速和干度来判断每一流程中制冷剂的流型,并依此选取Cavallini换热模型公式的方法求其平均换热系数,同时采用Cavallini两相压降模型和Darcy-Weisbach单相压降模型分别确定冷凝区和过冷段的压降。针对一个案例计算了三种管程设计方案下冷凝器管内冷凝换热系数和端压值,并用惩罚因子PF对其综合热力性能进行了评价。计算结果表明:不同的管程设计方案中管内制冷剂的流量分配均匀性存在较大的差异,均匀性越好,其综合热力性能越优。在质量流速为1200~1500 kg/(m2.s)范围内,与同等换热面积的蛇形管冷凝器相比,其中最好的分液冷凝器的PF值减小了48.5%~54.1%,可见设计优良的分液冷凝器的综合热力性能明显优于蛇形管冷凝器。     

R134a单元式风冷冷风机组冷凝器设计

单元式风冷冷风空调机组普遍采用波纹翅片管冷凝器。对冷凝器进行设计的关键是确定制冷工质在铜管内的冷凝换热系数及空气在翅片侧的表面换热系数，同时也需要考虑空气流过冷凝器的压降，以便选择风机。采用数学模型及换热关联式计算相关参数，在此基础上对R134a单元式风冷冷风空调机组的冷凝器进行设计。