微肋管内流动冷凝压降关联式的研究

本文进行了微肋管内R134a两相流动冷凝换热实验,分析了实验工况、微肋管结构参数对管内压降的影响,并使用关联式对管内压降进行了预测。实验结果显示:管内压降与质量速率、肋片螺旋角呈正相关,与冷凝温度、冷却水雷诺数Re呈负相关;Cavallini et al关联式、Haraguchi et al关联式、Pierre关联式可实现对管内压降的高精度预测,预测平均误差均在17%以内,而Goto et al关联式高估了管内压降;参考Goto et al关联式拟合机理,基于微肋管内R134a压降实验数据,对气相/液相折算系数Φv/Φl与参数Xtt之间关系进行重新拟合,进而提出适用于预测管内压降的关联式,经验证:新关联式预测误差在±30%以内,预测平均误差小于10%。     

R134a在微肋管内流动冷凝换热计算关联式的改进

本文选用表面传热系数为评价指标,对外径为6.35 mm的微肋管内R134a两相流动冷凝换热特性进行实验研究,分析了水力工况、测试管结构参数等对管内表面传热系数的影响,还选用Cavallini et al.关联式、Miyara et al.关联式和Oliver et al.关联式对微肋管内表面传热系数进行预测,发现Cavallini et al.关联式对微肋管内换热性能的预测能力最好,关联式预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为-21.47%和21.94%。虽然Miyara et al.关联式预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为16.21%、30.65%,但两者之间的误差范围为-47.12%～82.32%,说明在部分工况下Miyara et al.关联式对管内换热性能的预测仍存在较大误差。三个关联式中,Oliver et al.关联式的预测能力最差,预测值与实验值之间平均误差高达-54.93%,因此,实验根据现有实验数据对Oliver et al.关联式进行了修正,修正Oliver et al.关联式对管内换热性能的预测能力大大提高,预测值与实验值的平均误差、标准误差分别为-2.37%和10.77%。     

毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式研究

准确预测毛细管内两相流制冷剂的压降是提高毛细管分流精度的基础,而高精度的毛细管内制冷剂两相流摩擦因子关联式又是准确预测毛细管压降的关键。本文拟合得到毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式,并给出基于近似积分的毛细管压降计算模型。试验验证表明:基于Blasius公式拟合的毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式的平均预测误差为±5.3%,95%的数据点的预测误差在±20%以内,而基于本文提出的毛细管内R410A两相流摩擦因子关联式的压降计算结果与试验数据的误差在±12%以内,平均误差在±5%以内,相比Blasius公式具有更高的计算精度。     

筒型翅片管换热器空气侧换热模型分析与实验

本文对筒型翅片管换热器的空气侧流动特点进行了理论分析,基于现有换热模型提出了一种能够反映筒型翅片管换热器结构特点的集中参数形式的换热因子关联式。通过实验对比了筒型和普通型的换热因子,对理论分析进行验证,结果表明:现有换热模型对筒型翅片管换热器的预测误差较大,平均相对误差达到81.16%;对传统换热器预测较准,平均误差为7.53%;使用本文实验数据拟合后的新关联式对筒型换热器平均相对误差仅为8.86%,对传统换热器平均误差为8.80%,且误差分布均匀,大幅提高了关联式对筒型翅片管换热器的预测精度,也保持了对传统换热器的预测精度。     

板式蒸发器换热与压降关联式的改进BP网络模型辨识

为了获得精确的换热及压降关联式以提高仿真模型的精度,本文在建立板式蒸发器数学模型的基础上,提出了用换热及压降关联式修正系数以修正经验关联式计算结果,并采用改进BP网络模型(IBPNM)对修正系数进行了辨识研究；与已有的板式蒸发器的换热和压降关联式相比,本文得到的结果与试验数据吻合更好,优于现有的研究结果。     

R404A小管径冷凝换热与压降关联式的适配性

针对R404A的冷凝换热与压降关联式有很多,但均为基于7 mm或者9.52 mm等大管径光管或者强化管,针对5 mm管径的关联式也都是适用于其它制冷剂,没有R404A小管径冷凝直接适用的关联式。本文采用实验测试与理论计算结合论证的方法,利用控制变量法、性质相似制冷剂优先法筛选出一批关联式,大量对比由关联式计算与由实验数据计算得出的换热系数与压降的偏差,研究关联式的适用性及可修正性。结果表明:M.K.Dobson等提出的冷凝换热关联式乘以修正系数2.13,能很好预测R404A在内螺纹管中的冷凝换热系数,与实验值正偏差为+15.51%,负偏差为-14.13%。X.C.Huang等提出的摩擦压降关联式能很好预测R404A在小管径内螺纹管内冷凝的摩擦压降,与实验值的正偏差为+12.56%,负偏差为-13.58%,两者均可为换热器设计计算提供较准确的理论指导。     

纳米制冷剂在微通道内两相摩擦压降实验研究

分别以质量分数为0.2%、0.5%、0.8%的Al2O3-R141b纳米制冷剂与纯制冷剂R141b为实验工质,在截面尺寸为1 mm×2 mm的矩形微通道内进行实验,研究流动沸腾过程中两相摩擦压降。将两相摩擦压降的实验值与5种分相模型预测值进行对比,Qu-Mudawar模型预测值和实验值最为吻合,平均绝对误差为21.4%,Chishiolm模型预测效果最差,平均绝对误差为42.5%。结合实验数据在Qu-Mudawar模型基础上进行修正,得到的修正关联式能较好的预测实验两相摩擦压降,平均绝对误差降为11.3%。     

R290与R404A在水平管内沸腾换热的压降研究

将R22的两种新型替代工质R290和R404A在光管和内螺纹管中的沸腾换热压降实验结果与Lockhart ＆ Martinelli压降计算关联式预测结果进行了比较，并依据工质R290和R404A在内螺纹管中的实验压降值对Lockhart ＆ Marlinelli压降计算关联式进行了修正。结果表明Lockhart ＆ Martinelli关联式对R404A在光管和内螺纹管的沸腾换热摩擦压降，均有良好的预测精度，平均偏差分别为-11．52％和-17．86％。Lockhart ＆ Martinelli关联式可以较好的预测R290在光管内的沸腾换热摩擦压降，平均偏差为-21．68％；经修正后的Lockhart ＆ Martinelli关联式可以较好的预测R290在在内螺纹管中的沸腾换热摩擦压降，Lockhart ＆ Martinelli关联式乘上修正系数2．06后的修正值与实验值偏差较小，平均偏差为2．37％。研究结果对R290和R404A蒸发器的工程设计及优化具有一定参考意义。     

板式换热器两相流换热和压降性能综述

影响板式换热器两相流换热和压降的因素较多,目前没有通用关联式可以计算两相流换热系数和摩擦因子。本文主要论述板式换热器两相流换热及压降特性,总结已有的用于计算凝结换热和压降以及沸腾换热和压降的主要关联式。     

一种泡沫金属通道两相压降新型关联式

泡沫金属填充于换热器通道内能有效提高换热器两相传热性能,具有较好的应用前景,但要求对泡沫金属通道内两相压降能够进行准确的预测,以满足工程应用中设备和系统的设计要求。本文使用了6篇文献的泡沫金属通道内两相压降实验数据,实验条件包括:泡沫金属PPI为5-40,孔隙率为0.87-95;通道水力直径为4.36-13.8mm;质流密度为0-350kg /( m2?K);干度为0-0.8。分析了两相流因子和Lockhart-Matinelli参数的分布规律,发现两相流因子随泡沫金属孔径与通道水力直径之比减小 而增大,随干度的增大而增大;当径比从0.179变为0.31时,两相流因子提升了1.37-1.52倍;当干度从0变为0.8时,两相流 因子最大提升了3.41倍。同时基于Lookhart-Marinlli关联式开发了一种新型泡沫金属通道两相压降预测关联式,结果表明,新的关联式的预测值与实验数据的绝对平均误差为22%,该关联式能准确预测泡沫金属通道的两相压降。     

LNG绕管式换热器壳侧单相传热模型的优化

天然气液化工艺中绕管式换热器的壳侧热力计算是当前亟待解决的问题之一,针对低温工况下壳侧传热模型的研究尚不多见,需要选取出适用的传热模型准确计算传热系数,为天然气液化工艺中绕管式换热器的设计选型和热力校核提供依据。本文比较分析了现有壳侧单相传热模型的优缺点,结合绕管式换热器壳侧低温实验数据,筛选出了适用于天然气液化预冷段的壳侧传热模型,并进行了优化。结果表明:对于天然气液化预冷段的壳侧传热系数计算,Abadzic传热模型计算精度最高、偏差范围最小、适用性最佳;Abadzic传热模型粘度修正后计算精度提高约50%,天然气液化预冷段的粘度修正系数可估算为1.05。     

地源热泵能效比试验与研究

采用对比试验,对不同型号井埋管的散热能力、传热能力进行研究,从而得出不同井埋管对地源热泵的不同影响。对地源热泵能效比研究前景作简单介绍,在试验部分,通过对传感器进行校正与误差分析,保证试验中数据的精确性,使散热试验和取热试验一样。应用传热模型,根据散热和取热中管内水流的流量和温度,就可以计算出水平管在各种工况下的平均散热和取热能力,鉴于在地源热泵系统应用中,地埋管换热器的设计是最关键的部分,而地源热泵的能效比又与其有密切联系,可以由此知道不同型号井埋管对地源热泵能效比的影响。     

Transcritical carbon dioxide microchannel heat pump water heaters: Part I - validated component simulation modules

An experimental and analytical study on the performance of carbon dioxide heat pumps for water heating was conducted. The performance of compact, microchannel, water-coupled gas coolers, evaporator, and suction line heat exchanger (SLHX) were evaluated in an experimental facility. Analytical heat exchanger models accounting for the flow orientation and changing CO₂ thermophysical properties were developed and validated with data. Heat transfer coefficients were predicted with correlations available in the literature and local heat duty calculated using the effectiveness-NTU approach. The gas cooler, evaporator, and SLHX models predicted measured heat duties with an absolute average error of 5.5%, 1.3%, and 3.9%, respectively. Compressor isentropic and volumetric efficiency values were found to range from 56% to 67% and 62%-82%, respectively. Empirical models for compressor efficiency and power were developed from the data. The resulting component models are implemented in a system model in a companion paper (Part II).     

圆柱型翅片管换热器变工况传热性能模拟与分析

基于分排参数模型,本文建立了圆柱型翅片管换热器的性能仿真计算模型,对换热器的传热性能进行计算,并进行实验验证。结果表明:换热量的平均相对误差最大,为6.31%;出风干球温度的平均相对误差最小,为0.61%。计算所得各性能参数与实验值吻合良好。根据仿真模型,对不同制冷工况下的换热器进行计算,研究了循环风量、水质量流量、进风干球温度以及进水温度的变化对换热性能的影响。分析换热器的变工况特性可预测其非设计工况下的换热性能,并为换热器的运行工况调节提供依据。     

通风换热器的设计及实验研究

本文主要介绍了一种自行设计加工的板式通风换热器,并就其设计特点、结构形式分别进行了叙述.通过模拟空调房间夏季室内外工况对该通风换热器进行了性能测试,将实验结果同理论计算结果进行了对比,结果表明:换热量的相对误差为10%左右,传热系数的相对误差为12%左右,基本上达到了设计要求.文中还对实验误差产生的原因进行了详细的分析,为今后的优化设计奠定了基础.     

土壤源热泵地下垂直埋管换热器常用传热模型的研究

本文介绍了土壤源热泵的国内外研究现状以及三种常用的埋管换热器传热模型,分析了这三种模型各自具有的特点和适用条件.并对传热模型的选取提出了自己的观点,为特定条件下如何选取合适的模型提供了一定参考.     

翅片管换热器空气侧换热模型在低气压环境下的适用性研究

本文总结了现具有较高认可度且具有相当预测精度的空气侧换热特性的理论预测模型,选用常规平直铝翅片铜管换热器在典型的空调工况(空气干球温度为27℃,湿球温度为19. 5℃,换热器迎面风速为1~4 m/s,入口水温为7~13℃,流速为1. 8 m/s)下,对现有模型在低气压环境(40~100 kPa)下的适用性进行分析研究。实验研究表明:在试验工况下,随着换热器所处环境压力的降低,常压模型预测值与实验值的偏差急剧增加至127. 4%^-36. 6%,且常压模型预测值普遍偏大。同时低气压环境下管排数的影响依然存在,且更加显著。基于本文实验数据对3个常压模型进行环境气压修正后,预测精度大幅提高:在试验工况下,最大偏差分别降至32. 63%、24. 91%和21. 74%,平均偏差为1. 79%、-2. 90%和-8. 59%,在±20%的误差带内修正模型预测精度比分别达到90. 97%、93. 75%和88. 96%。     

结构特征对螺旋管换热器性能的影响

目的研究结构特征对螺旋管换热器换热性能的影响,为换热器设计和结构优化提供理论依据。方法在CFD软件Ansys的FLUENT模块中模拟螺旋管换热器内流体的流动换热过程。在相同边界条件下,不改变总换热面积,通过改变换热器的换热管直径和壳体长度,研究几何参数对换热性能的影响。通过对比单管单螺旋、单管双螺旋、双管双螺旋和内外双螺旋等4种不同缠绕方式换热器中流体的温度分布云图,研究螺旋管的结构对换热器换热性能的影响。结果保持总换热面积不变,减少换热器的管径,增大壳体的长度,都能有效提高换热效率。与单管单螺旋结构的换热器相比,单管双螺旋结构换热器的流体出口温度下降了9.74%,平行双螺旋结构换热器的出口温度下降了5.05%,内外双螺旋结构换热器的出口温度上升了10.11%。结论在螺旋管换热器的设计和优化过程中,可以通过减小换热管径,增大壳体长度,采用内外双螺旋结构,以实现提高传热效率的目的。     

竖直U型地热换热器流体出口温度的计算模型

以圆柱热源理论为基础,引入“近热史”和“远热史”的概念,采用简化的方法建立了变热流情况下换热器与周围土壤的传热计算模型,利用该模型在已知远地点温度Tg的情况下可求解出钻孔壁温度Tw。随后引入形状因素的概念,建立了管内稳定传热的计算模型,结合前述求得的Tw,得出了计算换热器内循环流体的出口温度Tout的方法。