5mm管径铜管换热器在商用空调机组上的应用研究

基于一台15 kW的商用空调机组,原机的室内、外换热器均采用9.52 mm管径铜管,对其进行替代设计,采用5 mm管径铜管室内、外换热器。在对5 mm管径换热器的优化过程中发现:翅片间距、翅片片型、流路设计、分液器毛细管长度均对换热量、能效、除霜效果有较大的影响。对比优化后的5 mm管径换热器和原机换热器的性能、成本、制冷剂充注量发现:5 mm管径换热器的额定制冷能力提高3.47%,能效比提高7.86%,额定制热能力和性能系数与原机相当,除霜周期较原机增加25.1 min;室外换热器成本降低约10%;室内换热器成本降低约20%;制冷剂充注量减少46%。     

小管径空调器的优化设计

空调器采用小管径铜管可以有效地降低空调器换热器的成本,大幅降低空调器的充注量,此技术被称为MicroGroove^TM小管径技术。但用小管径直接替换大管径时会给空调器的性能带来影响,因此需要重新设计换热器。本文提出了小管径空调器的优化设计方法,主要包括采用基于图论的仿真方法设计制冷剂流路及换热器结构,采用空调器系统仿真软件预测优化后的系统性能。本文以单冷空调器和冷暖两用的空调器为例进行小管径空调器的优化设计,总结了用小直径管替代大直径管用于空调器优化设计的准则。     

房间空调器采用3mm铜管的设计与性能分析

房间空调器采用更小管径的铜管可以使换热器更加紧凑、高效和环保,因而开发3 mm铜管换热器代替现有的5 mm管换热器是未来房间空调换热器的一个重要发展方向。本文提出了开发3 mm管换热器的技术思路,包括通过定量计算强化管和光管的换热与压降特性来确定管型;通过基于换热性能和压降的流路参数和管径的寻优算法来优化流路和管径。设计结果表明,某典型的3,500 W房间空调器从5 mm强化管改为3 mm光管后,其内、外机的换热性能在制冷工况下分别提升12.7%、5.7%,在制热工况下各提升10.1%、15.4%;压降均在50 k Pa以内;铜的用量下降57.2%、铝的用量增加2.1%。     

Ф5mm管径换热器在热泵空调上的应用研究

基于一台热泵风管机重新设计了Ф5mm管径蒸发器和冷凝器,对原换热器和Ф5mm管径换热器的性能、成本、分路设计进行分析研究。结果表明,采用Ф5mm管径换热器能够提高空调的性能,降低开发成本。设计Ф5mm管径换热器时,应在流程长度和分路数目之间进行平衡优化,单分路流程长度可控制在4～6m。     

家用热泵空调器室外机换热器的流路优化

针对家用热泵空调器用的9.52 mm和7 mm双排室外换热器,在额定制冷制热工况下,利用仿真分析的方法研究流路数对换热器性能的影响,对9.52 mm换热器的流路的进一步优化,得到制冷制热综合性能更优的流路布置方式,并在整机上进行试验验证。结果表明,制冷剂侧压降对冷凝器和蒸发器的换热都有较大影响,特别是对较小管径的换热器;由于蒸发器中制冷剂侧压降较大,热泵空调器室外机用的换热器作冷凝器时对应的最佳流路数少于作蒸发器时的;适当增加过冷管数会进一步提高热泵空调器室外机换热器的综合换热能力;试验结果与仿真结果趋势大致相同。     

铜管管径对翅片管式冷凝器性能和经济性的影响

针对大型风冷式制冷机组的应用,分析铜管管径变化时翅片管式换热器换热面积、管侧容积、换热量和压降变化情况,并进行材料成本和单位换热量材料成本的比较。研究结果表明,在合理选择管列间距和管排间距的前提下,7.94 mm和7 mm的换热器都可以达到9.52 mm换热器的换热量,并实现约10%的成本节约。     

5mm管房间空调器流路的优化设计

将目前房间空调系统中室外机和室内机常用的直径7mm及以上的内螺纹铜管改为5mm内螺纹管,可以达到节省材料与提高传热效率的效果。本文提出了空调系统换热管由7mm及以上铜管改为5mm铜管的设计方法和改进措施,如调整换热器纵向和横向换热管数目,制冷剂流路的分路数和压缩机更换等。通过一个分体式房间空调系统设计算例,具体说明将空调系统由7mm及以上管径改为5mm管径的具体的改进措施。设计结果表明在换热器具有相同换热性能的条件下,室外机由9mm管改为5mm管时,需同时增加换热器纵向和横向换热管数目,并调整分路数;室内机由7mm管改为5mm管室内机时,仅需要改变分路数。同时,采用高效压缩机,可进一步提高5mm管空调系统的性能。     

R410A在内螺纹管内无润滑油沸腾换热实验研究

为了建立无润滑油的实验台,采用液压隔膜泵为动力循环,以R410A和R22为工质在水平内螺纹铜管(φ5mm和φ9.52mm)中进行了沸腾换热实验研究,并对二者沸腾换热性能做了对比.分析讨论了制冷剂质量流速、管外水流量变化、强化管的管径对压降和换热系数影响.结果表明:换热系数随着流量的增大而增大,管径的大小对换热系数的影响较大,在相同的流量下,9.52mm管径的换热系数是5mm的1.32～7.22倍,5mm管径的压降是9.52mm管径的1.48～2.68倍.     

扁平铜管翅片管冷凝器性能试验

对一种扁平铜管百叶窗翅片管换热器（FTHX）进行单体冷凝性能和整机制冷性能试验,并与现行铜圆管翅片管换热器（CTHX）在相同工况下进行对比。试验结果表明：FTHX具有风阻低、制冷剂流阻高和系统制冷剂充注量少的特性;FTHX综合冷凝性能高于φ7mm铜管换热器但略低于φ9.52mm铜管换热器;FTHX整机制冷能力和能效比均略低于单排φ9.52mm铜管换热器。     

采用窗片的5 mm管换热器在湿工况下换热性能的实验研究

在湿工况下,对11个采用百叶窗翅片的5 mm管换热器进行了实验研究,并分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。研究结果表明:换热量随翅片间距的增加而减小,且比7 mm管或更大管径换热器更明显;换热量受进口空气相对湿度的影响小;在翅片底部出现水桥,而在7 mm管或者更大管径换热器中不曾出现。根据实验数据开发了预测5 mm翅片管换热器换热性能的j因子关联式,误差在士20%以内。     

攻击角对纵向涡错排椭圆管板式翅片强化传热的影响

利用萘升华传质/传热比拟实验方法,研究了纵向涡产生器攻击角对椭圆管板式翅片换热和阻力特性的影响,分析了纵向涡错排椭圆管板式翅片换热器在不同纵向涡产生器的攻击角时的传热与阻力特性,为换热器设计提供了一定的理论依据.     

异型管管翅式换热器性能研究

管翅式换热器的翅片优化为研究热点,而对管型的研究较少.本文提出一种与圆管相同水力半径的异型管的设计方法,建立了异型管管翅式换热器空气侧换热的数值计算模型,研究了管型、迎风方向和翅片间距对异型管管翅式换热器性能的影响.结果表明:对于双排的异型管换热器,第一排管大圆迎风,第二排管小圆迎风时,空气流动最均匀,压降最低,是综合...     

基于Matlab的管壳式换热器分段计算研究

以折流板结构为基础将管壳式换热器分成一定的计算单元,通过对每个分段单元的研究,从流体物性沿壳体方向变化方面来对管壳式换热器进行整体的工艺设计及计算。并且基于微分法,提出了一种较为准确预测出管壳式换热器管、壳侧壁温分布的方法。通过工程案例分析,并将壁温计算结果与HTRI进行对比得出,管、壳程各单元的壁温平均误差分别1.76%和0.94%,该结果也验证了壁温计算方法的可行性。对于传热系数与压降,与 HTRI 对比得出：变物性计算较定物性在精度有一定的提高。同时通过借助Matlab计算机软件编制了一套用于管壳式换热器分段计算及优化设计程序,实现了换热器的精确优化设计的同时也提高了计算效率,变物性的研究理论为高效低能耗换热器的设计提供了思路和方法,具有一定的工程应用价值。     

风机盘管换热器遗传算法优化设计

本研究采用了基于遗传算法和耗散理论的传热优化方法,并进行了风机盘管换热器的优化设计。在对板翅管式结构的风机盘管换热器进行建模的基础上,针对两种不同的应用工况,即供冷用干式风机盘管换热器和供暖型风机盘管换热器,进行了结构优化设计和分析。优化目标选取了换热器的耗散热阻,而设计变量分别选取管间距、排间距、换热管外径、翅片间距和翅片数。为评价换热器的性能,还计算了换热器的换热量、空气侧和水侧阻力损失、总泵功和换热器效能。优化设计结果显示,在特定的设计参数和限制条件下,不仅换热器的耗散热阻值降低,其他方面性能也得到了明显提升。     

平翅片传热与流动特性的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent研究翅片管换热器的换热和压降特性。使用流固耦合准确确定翅片及管内外侧的传热边界条件，并利用场协同理论进行分析。将计算出的结果与试验结果进行比较。结果表明，数值模拟与实验结果吻合较好，数值计算可为换热器的结构优化和产品的研究开发提供依据。     

翅片式盘管换热器的设计改进及实验研究

分别从改变翅片厚度和换热管规格2个方面对翅片式换热盘管整体换热性能和成本的影响进行分析和实验研究。结果表明,只减小翅片厚度或减小换热管规格均会导致换热器的整体换热性能下降,若保持相同换热量,则可能需要用更多的换热原材料,而这会导致换热器成本的增加。     

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。     

采用铜铝复合管的翅片管换热器换热性能数值模拟与实验研究

提出采用一种铜铝复合管,用来替代传统的空调室外机换热器用铜管,可降低成本27.8%。首先通过数值模拟研究了Φ7管径的铜铝复合管与铜管翅片管换热器空气侧的传热与流动性能,计算结果表明,在入口风速为2.5m/s的情况下,与采用铜管的换热器相比,采用铜铝复合管的换热器空气侧的压力分布几乎不变,换热量降低3.12%,对性能影响较小。另一方面,对采用该模型的铜铝复合管换热器进行了性能测试,实验结果表明:铜铝复合管换热器换热量为8775W,与铜管换热器9101W相比降低3.58%,满足换热器标准要求。实验结果与数值模拟结果基本吻合,均证明这种新型铜铝复合管对换热器性能的影响不大,可用于空调的制造中。     

汽车空调暖风机热交换器的优化设计

提高汽车空调性能的主要方式是提高热交换器的换热效率. 由于汽车内部空间的限制,不能单纯依靠增加热交换器体积的方法来提高热效率,因此对热交换器结构优化设计将具有现实意义. 利用Flnent求解和正交设计的方法对汽车暖风机热交换器进行优化设计. Fluent软件可以模拟热交换器的流动和传热过程,正交设计的方法可以建立回归方程,因此可以得到出口温度的数学模型,该模型定量地描述了翅片间距、翅片高度及水管间距对换热效率的影响,优化汽车暖风热交换器的结构,最后通过试验证明了优化设计结果的准确性.优化热交换器的结构参数：翅片间距为1.1 mm,翅片高度为6.9 mm,管距为5.2 mm.根据Fluent模拟仿真得到出口温度的回归方程：Y=307.308+2.333X₁ +0.677X₂+0,561X₃-2.501X₁²,影响出口温度的因素依次为翅片间距、翅片高度和水管间距.Fluent模拟仿真和正交试验设计相结合的方法有助于产品结构分析和优化设计.     

单一金属高螺纹翅片管换热器的探索与实践

通过对管壳式换热器几种常见翅片管的结构特点、换热性能和制造经济性进行分析比较和研究,研制出传热效率更高、结构更紧凑、制造成本更低廉的新型换热元件——单一金属轧制的高螺纹翅片管;提出了传热学意义上最佳翅片截面轮廓线的通用解析式。通过生产实践与不断改进,形成了一组高螺纹翅片管系列产品,并成功地应用于为透平压缩机配套的大中型管壳式换热器。