翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究

积灰对具有不同翅片结构的翅片管换热器均会造成长效性能的衰减。本文搭建了换热器积灰可视化实验台,研究了翅片结构对积灰量及积灰后空气侧压降的影响。测试样件的翅片类型包括平直翅片、波纹翅片和开窗翅片;翅片间距范围为1.3~1.8 mm。实验结果表明:开窗翅片管换热器表面最容易沉积粉尘并增大积灰后压降,与平直翅片相比,波纹翅片和开窗翅片表面粉尘沉积量分别提高了25.6%和52.8%、积灰后压降增量分别提高了44.4%和165.6%;对于开窗翅片,小翅片间距有利于积灰并增大积灰后压降,与翅片间距1.8 mm的样件相比,翅片间距1.5 mm和1.3 mm的样件表面粉尘沉积量分别提高了26.2%和43.2%、积灰后压降增量分别提高了24.1%和49.4%;在积灰过程中,随着粉尘沉积量的增加,翅片管换热器空气侧压降先增大后保持稳定。     

波纹翅片管换热器表面粉尘沉积特性的实验研究

空调器室外换热器大多采用波纹翅片管,因使用过程中表面积灰而导致性能下降。本文通过搭建积灰可视化实验台来观测粉尘的分布特征并测定沉积量,研究波纹翅片管换热器表面的粉尘沉积特性。其中测试样件的翅片间距范围为1.6~3.2mm,喷粉浓度范围为80~280 kg/m~3,风速范围为1~3 m/s,喷粉时间为15~90 s。研究表明,粉尘主要沉积在换热器迎风面的翅片前缘处以及换热管的迎风面上;翅片间距小时易于粉尘沉积,翅片间距为1.6 mm样件上的单位面积粉尘沉积量较3.2 mm样件最多增加了52%;提高喷粉浓度会增加粉尘沉积,喷粉浓度为280 kg/m~3下的单位面积粉尘沉积量较80 kg/m~3最多增加了88.2%;高风速能够抑制粉尘沉积,风速为3 m/s下的单位面积粉尘沉积量较1 m/s最多下降了6.3%。     

翅片管换热器在析湿工况下的积灰特性及对空气侧压降的影响

空调器室内机多数采用翅片管换热器,会因制冷运行过程中表面析湿而粘附灰尘,导致空气流动阻力增大。本文选用空调器中常用的平直翅片、波纹翅片和开窗翅片作为测试样件,翅片间距范围为1.5～2.2 mm,研究了翅片管换热器在析湿工况下的积灰特性及积灰对空气侧压降的影响。结果表明:翅片表面的析湿量决定积灰程度,析湿液滴分布越密集、液桥数量越多,翅片迎风面的堵塞程度越严重且空气侧压降越大。在相同析湿工况下,具有复杂结构的开窗翅片和小翅片间距更容易积灰并增大空气侧压降,因此降低翅片结构复杂程度并适当增大翅片间距有利于空调器的防尘。在积灰过程中,随着换热器表面粉尘沉积量增加,空气侧压降先增大后保持稳定。     

制冷空调换热器的研究进展(二)——紧凑式换热器

紧凑式换热器的应用,有利于减少制冷空调装置的体积、提升性能。本文的目的是总结具有代表性的几种紧凑式换热器的发展动态。本文介绍了板式换热器的研究进展,包括新型高效板片结构的开发、新型流路的设计以及作为经济器的应用。介绍了印刷板路换热器主要研究进展,包括制作工艺、流道设计及换热阻力特性等。介绍了插片式微通道换热器的结构特点,以及相比于常规微通道换热器的性能优势。还介绍了微管通道换热器的结构特点,以及适合的应用场合。     

微通道换热器百叶窗翅片排水性能的CFD模拟

微通道换热器结构紧凑、换热效率高,但应用于热泵空调器时,会出现排水困难从而造成性能恶化的问题。插片式微通道换热器通过在翅片上增加专门的排水槽结构,能够有效提升微通道换热器的排水性能。本文采用百叶窗型插片式微通道换热器的双翅片扁管结构作为几何建模对象,利用液滴接触角模型与表面张力模型来确定排水过程中液滴在翅片表面的运动过程,建立排水预测模型,并通过试验验证模型准确性。通过对不同开缝角度和开缝数量的百叶窗翅片排水性能进行模拟,发现翅片上残留水量与开缝角度没有明显的单调关系;翅片上残留水量随着开缝数量增加而增加;当开缝数量由5个增加到14个时,残留水量增大了31.89%。     

湿工况下翅片管式换热器中刘易斯因子的数值研究

刘易斯因子是反映湿工况下空气侧热质传递特性的重要参数。在此提出了可计算湿工况下翅片侧刘易斯因子的数值模型和适用于工程应用的关联式,通过建立相间传质数值模型、潜热传递数值模型,利用CFD分别计算出空气侧的热质传递系数,从而求得刘易斯因子的数值解。利用数值仿真方法分析了翅片管换热器结构和运行工况对刘易斯因子的影响和已有热质传递类比关系的适用性;同时采用刘易斯因子的数值计算结果拟合得到关联式。传热和传质数值计算结果和实验的相对误差分别为6.93%和12.1%;关联式与数值模型之间的相对误差为5.52%。该数值模型有足够的精度与适用面,所得关联式可代替数值模型。     

绕管式换热器壳侧降膜流动和相变传热的数值模拟

为了定量描述绕管式换热器壳侧降膜蒸发特性并进而优化换热器结构,建立了绕管式换热器壳侧降膜蒸发过程流动与传热的数值模型。首先对降膜流动过程中流型变化和传热传质机理进行分析;通过对降膜流动过程液膜所受表面张力、重力和剪切力的计算,实现层状流、柱状流和滴状流等不同流型的模拟;通过管壁面和气液交界面的组分守恒建立降膜蒸发过程的传质子模型,并基于传质速率计算得出潜热传热速率。将数值模拟结果与已有文献中实验数据进行了对比,结果显示89%的模拟数据与实验数据偏差不超过25%;模拟结果与实验数据吻合较好。基于提出的模型,对不同工况下的绕管式换热器壳侧降膜蒸发传热传质规律进行了分析。     

竖直翅片间液桥体积计算模型

管翅式换热器在析湿工况下会在翅片间形成大量液桥,液桥体积会影响换热器中冷凝水的排出。提出一种将液面弯曲线沿液桥三相接触线积分的方法计算竖直翅片间液桥体积,其中液桥三相接触线采用椭圆方程描述,液面弯曲线模型基于Young-Laplace方程的计算结果拟合得到。通过液桥三相接触线与液面弯曲线观测实验对提出的液桥体积计算模型进行了验证,结果表明,95%的计算结果与实验的误差范围在±15%内,平均误差为7.12%。     

翅片表面涂层对结化霜除灰特性影响的实验研究

为了解决空调换热器长时间运行后性能下降的问题,需要及时清除换热器翅片上沉积的粉尘。本文提出采用空调换热器自身的结化霜过程来实现除灰,并通过实验研究了不同翅片表面涂层对结化霜除灰效果的影响。为了对比不同翅片表面涂层的除灰效果,采用4种实验样件,包括空调换热器常用的无涂层铝片和无涂层铜片,以及通过微纳结构自组装方法制备的具有不同表面润湿性的带亲水涂层铜片和带疏水涂层铜片。通过搭建可视化实验台观测了不同样件表面的结化霜除灰过程,对比了不同样件的除灰速率与残留灰量。实验结霜工况为：样件表面温度-10 ℃,结霜时间1 h,环境温度27 ℃,相对湿度50%;化霜工况下样件表面温度为5 ℃。实验结果表明,带有疏水涂层的铜片在结化霜过程中的除灰效果最好,疏水样件上残留粉尘的质量仅是无涂层铝片上残留粉尘质量的1.9%,是无涂层铜片上残留粉尘质量的2.0%,是亲水铜片上残留粉尘质量的5.9%。     

基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性

通过实验研究了基于碳纳米管(CNTs)的含油纳米制冷剂(即由制冷剂R113、润滑油VG68和碳纳米管组成的纳米流体)的核态池沸腾换热特性,分析了碳纳米管对含油制冷剂核态池沸腾换热的影响.实验中采用了外径为15～80nm、长度为1.5～10μm的四种碳纳米管.实验的饱和压力为101.3 kPa;热流密度为10～80 kW/m2;纳米油(碳纳米管和润滑油的混合物)的质量分数为0～5％;在纳米油中碳纳米管的质量分数为0～30％.实验结果表明:碳纳米管增强了含油制冷剂的池沸腾换热,在测试工况下换热系数最大可增加61％.当纳米油中碳纳米管浓度为20％不变,纳米油浓度由1％提高到5％时,不同尺寸的碳纳米管对换热系数的增加幅度由27％～59％降低至23％～55％;当纳米油的浓度为1％不变,纳米油中碳纳米管浓度由20％提高到30％时,不同尺寸的碳纳米管对换热系数的增加幅度由27％～59％升高到33％～61％.通过实验获得了基于碳纳米管的含油纳米制冷剂池沸腾换热关联式,关联式的预测值与96％的实验数据偏差在±10％以内.