翅片管換熱器流程布置研究現(xiàn)狀與發(fā)展

1、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來源：來自網(wǎng)絡(luò) 查看:大 中 小作者：未知 熱度： 位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強化換熱：（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)采用強化管 （或強化翅面），或兩側(cè)同時強化，能有效地改善換熱器的性能，但由此也帶來一些缺 點,例如：換熱器設(shè)計成本、耗功的增加。第二種方案中增加換熱器的換熱面積對于 改善換

2、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。在強化換熱的第三個措施上（即增大傳熱溫差），研究人員投入的精力并不多。因為人們通常認為當高、低溫介質(zhì)一定時，傳熱平均溫差就隨之而定了。這種觀點是片面的，事實上，流程布置對換熱性能的影響是不可 忽略的。2對換熱器流程布置研究的必要性眾所周知，當高溫、低溫介質(zhì)的進口溫度一定時，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。這說明 換熱器流程布置會改變傳熱溫差的分布，會對換熱量產(chǎn)生影響。對蒸發(fā)器和冷凝器流程布置的研究比較復(fù)雜，因為對其造成影響的因素很多

3、。其一，管內(nèi)制冷劑經(jīng)歷了相變過程（例如制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中一般都要經(jīng)歷過熱、飽和和過冷三個階 段），由此導(dǎo)致了其在換熱和流動方面特性的很大改變。其二，我們希望換熱器有一個均勻的換熱和流動性能（尤其是蒸發(fā)器）。然而復(fù)雜的流程布置會造成傳熱的不均 勻性，這是我們進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等情況。當制 冷劑流量一定時，通路數(shù)和分叉與否直接影響制冷劑的流速，從而也會影響換熱系數(shù)。因此，平均溫差和傳熱系數(shù)對換熱器的換熱特性影響較大。最優(yōu)的管組連接方 式應(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

4、素，逆流是不是總 是最好的布置方式？對于實際應(yīng)用中的復(fù)雜情況，換熱管組連接方式對換熱量有怎 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，又能滿足實際情況的 需要？基于上述考慮，我們需要對換熱器流程布置進行分析研究。其目的也是通過制冷劑流程的變化來增大傳熱溫差，改善換熱效果，同時也使制冷劑在管路中有更好 的分布。通過較優(yōu)的換熱器流程布置方式，可以達到強化換熱的目的，而且又避免了開發(fā)強化換熱管子和強化換熱翅片所需的大量財力和物力。因此，這是一項很有意義的工作。3 國內(nèi)外的研究狀況對空調(diào)用換熱器流程布置，國外學(xué)者進行了大量的研究。他們主要是E Ills。nOskarsson, Do ma

5、nski , PALiangSY和W o n g T N等。E 1 1 i s。n針對特殊的流程布置提出了一種冷凝器數(shù)學(xué)模型，該模型基于管對管的計算方法, 管排數(shù)只局限于最多兩排, 這是最早的研究兩器流程布置的文獻。隨后O s k a r s s o n等利用不同的數(shù)學(xué)模型對蒸發(fā)器和冷凝器流程布置進行了研究。從1991年起，D。m a n s k 1基于傳熱單元法,利用管對管的計算模型開發(fā)了一套軟件E VA P - C OND來研究蒸發(fā)器和冷凝器的流程布置。該軟件能計算較為 復(fù)雜的換熱器流程, 制冷劑種類包括了目前空調(diào)換熱器中大多數(shù)制冷劑 , 但其也存在很多缺點 , 例如蒸發(fā)器流路沒有匯合點

6、, 冷凝器流路沒有分叉點等。 2000 年新加 坡的L i a n g S Y和Wo n g TN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“Z”字形、“雙進單出”、“單進雙出 ” 、“單-雙 -單” 這幾種兩排管冷凝器的布置方式進行了數(shù)值模擬和分析（見圖 1）, 認為在給定條件下, 當選擇合適的分合點之后, “ 單 - 雙 - 單 ” 要比簡單的“ Z ”字形布置節(jié)省約 5%勺面積。通過對 “ Z ”字形流路的研究，作者發(fā)現(xiàn)，在過 熱和過冷段, 壓降和傳熱系數(shù)都比較小 , 因此強化傳熱應(yīng)集中在這兩個區(qū)域 , 兩相區(qū)的熱阻甚至和外部空氣側(cè)熱阻相同 （ 圖

7、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,可以達到改善和提高換熱器換熱效率的目的。4歡迎下載 。近年來 , 流程布置的研究也引起了國內(nèi)學(xué)者的重視, 但公開報道的較少, 目前只有臺灣工研院的W angChi-chuan ,浙江大學(xué)的張紹志,以及西安交通大學(xué)的郭進軍 等。WangChi -chua n在其文獻中對包括"Z "字形，“U”字形，“雙進雙出”等八種雙排管冷凝器流程布置進行了實驗研究。實

8、驗結(jié)果表明，逆流“U”字形布置是最好的布置方式。作者還同時觀察到在這些布置 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)? 作者建議抽取迎風側(cè)的幾根管子, 或在兩排管中間開縫（ 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R 407 c為例通過計算比較了 U字型順流，逆流，Z字型布置等6種制冷劑流程布置的翅片管冷凝器的性能（見圖6）。經(jīng)分析作者認為 , 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 k g / m 2 s時可達5

9、 1%說明冷凝器流程布置對換熱器換熱性能有一定的影響, 尤其在制冷劑流速較高時。 .最近 , 西安交通大學(xué)的郭進軍基于傳熱單元法, 對空調(diào)用冷凝器和蒸發(fā)器建立了相應(yīng)的數(shù)值模型，并對Z字型，口字型順流，逆流，雙進單出，單雙單以及雙進雙出等6種不同的流程布置方式進行了數(shù)值模擬和實驗研究。該文認為“ Z ”字形和“U”字形，“單-雙-單”的流程布置較好，運用場協(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換熱器換熱性能的影響 , 并提出了優(yōu)化設(shè)計流程布置的一些基本原則。但該文模擬的換熱器流程管排數(shù)較少, 沒有考慮風扇來流不均勻性的影響, 同時也沒有將管外翅片結(jié)構(gòu), 管內(nèi)結(jié)

10、構(gòu)和流程布置結(jié)合起來。因此該模型還有待于進一步的改進和發(fā)展。4 國內(nèi)各空調(diào)公司對流程布置研究的認識從國內(nèi)各空調(diào)公司的實際情況來看, 由于目前計算機軟件技術(shù)尚未與制冷設(shè)計相完美結(jié)合 , 加之制冷系統(tǒng)的有關(guān)理論在實踐中也顯得不太完善, 所以為了研制出令人滿意的產(chǎn)品 , 工作量相當巨大。如果能夠找到較為理想的理論來指導(dǎo)廠家的實踐,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 , 無疑是具有重要的實踐意義的。對換熱器流程布置的理論研究目前國內(nèi)各公司基本無人涉及, 大多是借助于實踐經(jīng)驗來判斷流路布置的好壞, 然后進行管路的修改和調(diào)整。這不但浪費時間 ,而且浪費大量的物力和財力。因此對翅片管換熱器的流程布置 , 迫切需要一套切實可行的優(yōu)化設(shè)計研究方案。5 結(jié)論及展望綜上所述 , 對于翅片管換熱器, 理論和實驗研究均說明 , 除了努力改善管外空氣側(cè)的翅片和管內(nèi)結(jié)構(gòu)來增強換熱外, 還可以從管路流程布置方式著手,