CO_2气体冷却器的性能模拟与优化计算

CO2气体冷却器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的气体冷却器,有必要对CO2气体冷却器进行性能模拟和优化研究。本文首先建立了CO2气体冷却器分布参数计算模型,对CO2制冷剂的出口温度、冷却水出口温度和换热量进行了模拟计算,并与试验测试结果进行了比较,验证了模型的可靠性。然后利用该模型对CO2气体冷却器进行了优化计算,主要分析了换热管径和管长对热重比及压降的影响。结果表明,热重比随管径的增大而下降,随管长的增加而增大。综合考虑热重比和压降两方面因素,CO2气体冷却器适合选择小管径和长管长。     

典型侧风下喷嘴十字布置的喷淋方案对空冷塔冷却性能的影响

针对侧风会改变空冷塔内部及其周围的空气动力场，为了研究侧风下喷淋预冷对空冷塔换热性能的影响，建立了空冷塔的半塔数值仿真模型，研究了典型侧风风速4 m/s下120 m高的自然通风空冷塔在喷嘴十字布置下换热性能的变化规律。结果表明：侧风与喷嘴十字布置的夹角（即侧风风向）对喷淋冷却效果影响较大，在夹角为45°时喷淋液滴有效蒸发比和半塔的换热量都达到最大值分别为69.7%和58.8 MW，此时单位质量喷淋水量对空冷塔的换热性能提升最好，空冷塔单位换热量的最大值为2.3 MJ/kg；通过喷淋适应环境侧风的调控，与未喷淋时相比，空冷塔的全塔换热量提高了8.6%（由108.4 MW提高到了117.7 MW），出水温度降低了0.8℃，为侧风下空冷塔预喷淋系统的全塔喷嘴布置优化提供指导。     

空调性能试验装置用分离组合式空气热回收器的试验研究

空调性能试验装置的能耗日益增多,节能意义重大。本文对分离组合式空气热回收器换热性能进行了试验研究,分析了充液率、环境温度及进风风量对空气热回收器的影响。试验表明,随着充液率的增大,换热量呈现先增大后减小的趋势,最佳充液率约为60%;当充液率一定时,随着室内外温差的增大,换热量增大;随着进风风量的增大,换热量也是增大的。     

润滑油对R32在水平光管内流动沸腾换热特性及压降的影响

对R32在φ5mm和φ7mm的水平光管内的流动沸腾时,润滑油对换热与压降特性的影响进行了试验研究,试验的质量流量范围为100~500 kg/(m~2·s),润滑油的含量在0~5%之间。结果表明,沸腾换热系数随着质量流量的增大而增大。在低干度区,换热系数随干度的增大而增大,当干度达到0.7~0.8时,换热系数达到最大。随着润滑油含量的增大,局部换热系数在减小。压降随着管径的减小和质量流量的增大而增大。润滑油含量的增大,导致压降的增大。在5mm管内,润滑油含量对换热系数和压降影响比较明显。     

横向管间距对开缝翅片管性能的影响及降噪方法的探讨

在分析窗式和分体式空调器特点的基础上,探讨两种家用空调器的优缺点。应用SIMPLE算法对空调用开缝翅片管表面的传热及流动阻力特性进行了三维数值模拟,研究了横向管间距对空调器换热和阻力性能的影响,在翅片间距和进口流量保持不变的情况下,计算了横向管间距从10.5mm变化到12.5mm等五种工况,得出随着横向管间距的增大,换热器两端压降减小,换热略有增加以及单位泵功换热量先增加然后减小的结论。计算结果表明,当横向管间距为11.97mm时单位泵功换热量最大。     

新能源汽车电机散热器倾斜角度对性能的影响

针对给新能源车电机散热的散热器,利用CFD软件对电机散热器倾斜角度建立数值模型,研究改变电机散热器的倾斜角度（0°、15°、30°、45°、60°）对电机散热器内部芯体阻力以及换热效果的影响规律。分析结果表明：在保持进口流速一致的情况下,随着角度的增大,总阻力（静）和总阻力（动）均逐渐变化;芯体阻力先有下降趋势而后有上升趋势;换热量则先增大后减小,总体变化不大。     

离散叉排肋化内冷通道流动与传热的数值模拟

运用数值模拟方法,计算肋片导流角θ为15°～45°的离散叉排肋化冷却通道在雷诺数介于1×104～20×104之间时的换热和流阻特性。研究结果表明,(1)各算例的强化换热能力随雷诺数的增大而减小,流动阻力随雷诺数的增大而增大,综合换热效率随雷诺数的增大而减小。(2)肋片导流角的改变可以显著改变通道的换热和流阻特性。相同雷诺数下,θ=45°的强化换热比和通道阻力增大比最高,θ=15°的强化换热比和通道阻力增大比最低。在研究范围内θ=15°的综合换热效率最好。     

水平微圆管内R22和R410a凝结换热试验

R410a是被广泛看好的一种R22替代物,研究R410a的凝结换热特性对于开发适用此类制冷工质的凝结换热设备具有重要意义.搭建了微细尺度凝结换热试验台,测量了饱和温度为40 ℃、质量流速为200～1 000 kg/ (m2·s)、干度为0.2～0.8条件下R22和R410a在内径为0.941 mm不锈钢圆管内的凝结换热系数,分析了质量流速和干度对凝结换热的影响,并把试验数据与被广泛应用于传统大管道的SHAH(1979)和AKERS(1959)关联式进行了对比.试验与分析结果表明,凝结换热系数随着质量流速和干度的增大而增大,在高干度区更加明显,表明在高干度区切应力的作用增强;两个关联式均不能准确预测试验数据,最大偏差超过60%;与R22相比,R410a的凝结换热系数在较低质量流速时低于R22,在中高质量流速时与R22相当.     

直接空冷凝汽器换热性能影响因素研究

以内蒙古某电厂为研究对象,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,研究了环境温度、风速、湿度及风机转速对直接空冷凝汽器换热特性的影响。研究表明:来流风速为(13~15)m/s时,总换热量较设计工况降低了(3.2~7.5)%;环境温度对总换热量影响很大,但当环境温度大于15℃时,总换热量下降趋势逐渐变的缓慢;环境湿度对总换热量的影响较小;随着环境风速的增加,各空冷单元风机进口流量整体呈下降趋势,其中迎风侧的第一个风机进口流量降幅最大。     

竖直地埋管蓄取热特性试验与模拟

在搭建的砂箱试验台试验分析了在单一工况蓄/取热运行模式对双U地埋管动态传热特性的影响。在试验验证的基础上,建立三维动态传热数理模型,数值分析了单一工况运行模式下土壤分层和地埋管管径等因素对双U型地埋管土壤传热特性的影响,并对比分析了单/双U型地埋管传热特性。试验研究结果表明:单一蓄/取热下,连续运行时土壤温度变化幅度随径向距离的增加而减小;蓄热时,进口温度为50 ℃和60 ℃的单位井深换热量要明显比进口温度为40 ℃时高;取热时,进口温度为4.2 ℃的单位井深换热量较进口温度为6.8 ℃时高。间歇蓄热运行模式下土壤温度波动幅度随开停比的减小而增加;间歇取热运行模式下在同一时间内开停比越小,土壤温度越接近土壤初温。模拟研究结果发现:在土壤分层下,双U型地埋管单位井深换热量较单U型地埋管单位井深换热量高19.87%;土壤温度均随地埋管管径的增加而增加,单U型地埋管以管径为32 mm时的单位井深换热量为最好,而双U型地埋管以管径为25 mm时的单位井深换热量为最好,前者单位井深换热量较后者低11.56%。     

滑动轴承油水冷却器的换热与流阻特性

滑动轴承运行过程中油膜剪切和搅油产生的功耗约80%会转换成热量,导致油箱内润滑油温度升高,为将润滑油温度控制在设计值内,通常在油箱内安装油水冷却器带走热量,冷却器换热性能直接影响滑动轴承的运行温度和主机的正常工作。油水冷却器的散热能力主要由换热系数和流阻特性决定,对不同油流量条件下的油水冷却器进行试验测试,研究其换热和流阻特性,结果表明：在控制进油、进水温度及进水流量的前提下,油流速在一定范围内增加时,换热系数先增加后趋于稳定,压力损失增大,换热因子和阻力系数减小,冷却器可在一定油流速范围内获得最佳的换热和流阻特性;试验获得了对数坐标系下努赛尔数、欧拉数与雷诺数的拟合曲线,理论计算与试验拟合结果具有良好一致性,并在此基础上获得了油流速与换热系数及流阻的经验公式。     

脉动剪切层涡流运动下换热特性研究

基于自激振荡的脉冲效应,分析了自激振荡换热管的传热效果。利用大涡模拟数值计算方法,分析了自振管瞬时涡量变化对管道流场的影响,分析了随下游流道管径比L~*=d_3/d_2变化流向涡与法向涡的瞬时结构及其换热特性与阻力特性,并以综合性能评价系数评价管道的换热特性。结果表明:自振腔内剪切层中的离散涡与碰撞壁碰撞分散出的小涡随边向下游运动,并在下游流道近壁面处诱发新漩涡;L~*变化可以控制脉动剪切层的发展,随着L~*的增大流向涡的强度先增大后减小,法向涡逐渐向管道轴心发展;通过调节L~*可以控制管道的换热与阻力,当1.4≤L~*≤1.8时其传热效率提高45.1%～56.5%,综合性能系数最高可提高45.4%。     

基于准三维模型的垂直U型埋管换热特性影响因素的分析

为了探讨各因素对地源热泵地下埋管换热特性的影响,建立了同时考虑流体温度沿程变化与U型两支管热干扰的垂直U型埋管准三维传热解析解模型.基于模型求解,分析了回填物与管材导热性、管脚间距、循环流体流量及钻孔深度等对埋管换热特性的影响.结果表明:回填物与管材的导热性、管脚间距及循环流体流量的加大均可以强化地下换热器的换热效果.但回填物导热性不可无限制增大,其大小要考虑对增大管脚热干扰的影响及其与管脚间距的相互关联性,应对两者进行优化设计.同时,流体流量的加大会增加单位埋管换热量,但其增加幅度越来越小,应以流动阻力增加作为限制条件,采用变流量调节来进行优化.此外,单个钻孔不宜太深,以免降低单位埋管换热能力.试验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,其最大预测相对误差在3％以内,可为地埋管换热器传热特性分析及其优化设计提供参考.     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。     

微通道换热器结露工况下换热特性及其影响的 试验研究

微通道换热器因体积小、制冷剂充注量少、换热效率高等优点,已被广泛应用到汽车空调和空调系统的冷凝器,但作为蒸发器使用时,会因换热器表面空气结露而影响换热性能。以微通道换热器为研究对象,分析在结露条件下,不同的入口空气湿度、风速和微通道换热器布置倾角等参数对微通道换热器的出口空气温度、空气侧压降、换热量和换热系数的影响程度,研究发现:空气入口湿度对微通道换热器出口空气温度影响较大,相对湿度提高10%,出口温度约提高1.3℃;迎面风速对换热器空气侧压降影响很大,风速从1.5 m/s提高到3.0 m/s,压降增加一倍以上,风速大小为2.5 m/s时,换热器换热效果最佳;换热器倾角较入口相对湿度和迎面风速对微通道换热性能影响较小。     

CO_2/润滑油混合物在水平管内流动沸腾换热的试验研究

为了测试润滑油对CO2流动沸腾换热特性的影响,以指导CO2换热器的设计,对CO2/润滑油混合物在水平管内的流动沸腾换热系数进行了试验研究,试验工况质量流量为2.74~5.61kg/h,热流密度为3.2~5k W/m2,测试段入口干度为x=0.2~0.5,蒸发温度在-4~8℃之间,选择PAG作为润滑油,浓度为0~6%。试验结果表明,润滑油浓度越大,CO2的局部换热系数越小;润滑油浓度较低时(<3%),换热系数下降较大,再增大含油量,换热系数下降的趋势减缓。增大蒸发温度可以延迟干涸的发生,相反地,大的热流密度和质量流量可以使管内提前出现干涸。CO2/润滑油混合物的换热系数随蒸发温度的升高而增大,随热流密度和质量流量的增大而减小。     

喷雾时刻对等温压缩空气储能系统性能的影响

为了研究压缩过程与喷雾换热过程的耦合关系，首先对喷雾换热等温压缩空气系统数学模型进行建立；其次通过实验数据验证了模型的准确性；最后研究了喷雾启闭时刻对系统总效率的影响，同时分析了不同压缩比和活塞速度与喷雾关闭时刻的关系。研究结果表明：给定0.12 m的气缸行程，当压缩比为2,活塞速度为0.1 m/s时，在下止点开启喷雾，0.3 s后关闭，系统总效率最优为87.73%,相对于压缩过程一直喷雾情况下的效率提高了7.63%。当活塞速度为0.15 m/s时，压缩比从2增大为5,最优喷雾关闭时刻从0.3 s增大为0.5 s。当压缩比为3时，活塞速度从0.1 m/s提升为0.2 m/s,最优喷雾关闭时刻从0.5 s减小为0.3 s。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究*

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。     

工质R245fa水平管内流动沸腾换热的试验研究

设计了管内沸腾换热系数及总传热系数测定试验台架,对R245fa工质在内径6 mm水平光管内的流动沸腾换热特性进行试验研究。测试质流密度为50~150 kg/(m~2·s),工质蒸发温度为50,60和70℃。结果表明:随着工质含汽率的增加,R245fa的流动沸腾换热系数呈先增大后降低趋势。对于304不锈钢套管式换热器,烟气与R245fa工质进行换热的总传热系数约在40~65 W/(m~2·K)。     

四种桩基埋管换热器的数值模拟研究

运用数值模拟软件建立4种(单U型、串联双U型、并联双U型、并联双螺旋型)桩基埋管换热器的三维模型,分析不同流速条件下各埋管形式的进出口温差、单位桩长埋管换热量、进出口压降、土壤温度和桩身温度的变化规律,得出4种桩基埋管换热器在不同流速条件下的换热性能和进出口压降的变化情况,为桩基埋管的推广和应用提供一定的参考。