翅片管式冷凝器性能分析及多目标优化

针对翅片管式冷凝器构建稳态分布参数模型,利用试验数据验证模型,换热量误差在±3%以内。利用该模型对不同结构参数下的冷凝器性能进行仿真,分析管径、翅片间距、管间距等对管翅式冷凝器性能以及成本的影响。利用多目标遗传算法(MOGA)优化结构参数,其中综合性能优化的方案中换热量增加0.08%,成本降低0.43%,制冷剂侧压降降低3.71%,空气侧压降降低13.66%。     

二氧化碳翅片管式蒸发器模拟与分析

运用分布参数法建立采用CO2的翅片管式蒸发器的数学模型，分析制冷剂侧和空气侧温度、压力和换热的变化情况。同时讨论迎面风速和制冷剂质量流量对蒸发器换热和流动性能的影响，结果表明提高迎面风速可以增加换热效果，但增加的趋势趋于平缓。制冷剂侧压降则成近似线性增大；随着管内工质流量的增大，蒸发器总换热量和制冷荆侧压降都成近似线性增大。这些工作有助于进一步了解CO2在翅片管式蒸发器中的换热和流动特性，并为换热器的优化设计和系统的匹配提供理论依据。     

SSDP模型和EVAP-COND模型用于波纹翅片管式蒸发器计算的比较

利用EVAP-COND模型对某波纹翅片管式蒸发器的换热及压降性能进行模拟,并与试验结果进行对比,由于流路中存在空管和一点三线的流程结构,EVAP-COND模型计算所得换热量和压降最大误差均高于50%。将EVAP-COND模型的传热原理运用到传统的SSDP模型中建立SSDP模型,使其对波纹翅片管式蒸发器有更准确的模拟,该模型计算的换热量误差范围为0~6%,制冷剂侧压降误差范围0~20%。这表明对于存在空管等复杂流路时,SSDP模型比EVAP-COND模型有更好的可靠性。     

风速对不同流程数CO2蒸发器性能的影响

为研究迎面风速对不同流路数CO₂翅片管蒸发器性能的影响,本文建立分布参数模型对蒸发温度为-25℃,风速为0.5～4 m/s条件下5种流路数CO₂翅片管蒸发器的制冷剂压降、换热量、温度分布及传热系数的变化进行分析,并通过实验验证了蒸发器模型的可靠性。蒸发器模型的换热量、制冷剂压降和风侧压降等参数模拟值与相同工况下实验值的误差均在±4%以内。结果表明:同一流路数蒸发器的换热量、制冷剂压降及传热系数均随风速的增大而增大,而其涨幅随风速增大而减小,综合考虑换热效果和能耗可得最佳风速范围为2.5～3.5 m/s;在一定风速条件下,蒸发器设计时在合理范围内选择较多流路数可有效提升蒸发器换热性能并增强换热均匀性,本次实验中24流路蒸发器为最佳设计方案。     

空调用翅片管式蒸发器的模拟与分析

建立R410A翅片管式蒸发器的稳态分布参数模型,分析制冷剂侧换热、压降、温度和干度沿流程的分布情况,并讨论风量、制冷剂流量及翅片管结构形式对蒸发器换热和流动性能的影响,为翅片管式蒸发器的设计和性能优化提供理论依据。     

铜翅片换热器开发应用的分析Ⅰ--铜、铝翅片换热器性能对比

从翅片效率、单个换热单元的传热系数和整个换热器的换热量三个方面对不同翅片结构、不同管子结构和不同工况下的翅片管换热器由铝翅片换为铜翅片前后的换热特性和成本进行了分析比较：详细给出了各个结构和工况参数单独变化对换铜前后的翅片效率、单位制冷剂侧换热面积上的总传热系数和换热器换热量的影响规律。分析结果发现，翅片越薄、越高，管外径越小，风速越大时，换铜后的翅片管的换热能力增强越大，成本增加越小。在所选择的结构和工况范围内，铜管铜片换热器比铜管铝片换热器的翅片效率约提高0．938％～29．86％、总传热系数约提高9.88％～23．276％、总换热量约提高0．112％～22．3％；对于典型的1.1kW空调器的蒸发器，材料成本约增加8～42元，体积可最多缩小18％。     

不同结构布置空调用翅片管冷凝器性能的仿真研究

在空调用翅片管冷凝器的几何结构尺寸相同,空气的进口状态和流量相同的条件下,采用计算机仿真技术,研究了支路数、管排数对翅片管冷凝器的传热与流动特性的影响,结果表明:随着支路数的增大,压降随之减小,最大值为2个支路时的33.8kPa,最小值为6个支路时,仅为0.9kPa;空气与制冷剂间传热温差增大,总传热系数减小,冷凝器的换热量递减,最大值比最小值大32.1%。随着排数的增多,压降增大,4排管的压降是1排管的4.3倍;空气侧换热系数与制冷剂侧换热系数的变化呈相反趋势,但传热温差增大,换热量也增大,4排管的换热量是1排管的2.45倍。     

间歇运行对翅片管式蒸发器长效特性的影响

研究了翅片管式蒸发器在空调器长期运行中,由于间歇运行对于其换热和空气侧压降的影响。实验对象为一个铝翅片铜管换热器和一个铜管铜翅片换热器。实验表明,经过多次间歇运行后,蒸发器的换热系数明显下降,空气侧压降有所增大,铜翅片铜管换热器的长效换热特性强于铝翅片铜管换热器,两者的长效压降特性相当。     

铜翅片换热器开发应用的分析

从翅片效率、单个换热单元的传热系数和整个换热器的换热量三个方面对不同翅片结构、不同管子结构和不同工况下的翅片管换热器由铝翅片换为铜翅片前后的换热特性和成本进行了分析比较;详细给出了各个结构和工况参数单独变化对换铜前后的翅片效率、单位制冷剂侧换热面积上的总传热系数和换热器换热量的影响规律.分析结果发现,翅片越薄、越高,管外径越小,风速越大时,换铜后的翅片管的换热能力增强越大,成本增加越小.在所选择的结构和工况范围内,铜管铜片换热器比铜管铝片换热器的翅片效率约提高0.938%～29.86%、总传热系数约提高9.88%～23.276%、总换热量约提高0.112%～22.3%;对于典型的1.1kW空调器的蒸发器,材料成本约增加8～42元,体积可最多缩小18%.     

组合管径圆弧翅片换热性能的数值模拟

针对空调器室内机换热器空气侧的流动和换热问题,利用FLUENT软件,本文研究了开缝圆弧翅片以及组合管径开缝圆弧翅片对换热器的换热量和空气侧压降的影响,并与原开缝三折翅片换热器进行比较。结果表明,开缝圆弧翅片换热器的换热量大于原开缝三折翅片换热器,而空气侧压降略有增大。随着小管径数量增大,开缝圆弧翅片换热器的换热量逐渐减小,但压降也逐渐减小。相比于开缝三折翅片换热器,当开缝圆弧翅片换热器为10根小管时,其压降增大5%左右,但换热量却有2%左右的提高,且铜管材料节省了14.5%,有很好的应用前景。     

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。     

蒸发器流程布置的数值模拟研究与分析

基于湿球温度效率法，建立了蒸发器的稳态分布参数模型，分析了三种不同流路布置蒸发器的换热性能，并与前人的实验研究结果进行对比，计算所得的换热量与试验值的最大偏差为9．44％，说明该模型切实可行。运用该模型计算并分析了六种不同流路布置蒸发器的流动和换热特性，结果表明：逆流布置蒸发器换热最好，错流其次，顺流最差。各种流路布置方案管外迎风面风速不变时，随着管内冷媒流量的增大，管内压降、总换热景、显热换热量、潜热换热量均增大，但潜热所占比重增大。管内冷媒流量保持不变，蒸发器迎风面风速增大时，总换热量、显热换热量均增大，潜热换热量、压降、吸湿系数均减小；当风速增大到一定程度时，蒸发器换热量、压降的变化都趋于平缓。同时，在蒸发器流路布置中，重力的影响不可忽略。研究结论为蒸发器流程布置的优化设计提供了理论基础和指导方向。     

空气侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,与实验对比验证了模型的正确性。利用所建立的模型,研究了翅片高度、翅片间距、百叶窗开窗间距、百叶窗开窗角度变化对多元微通道平行流冷凝器传热和流动性能的影响。结果表明,随着翅片高度的增大,换热量逐渐增大,空气侧压降逐渐减小;随着翅片间距或者百叶窗开窗间距的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐减小;随着百叶窗开窗角度的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐增大。     

百叶窗翅片管式换热器换热性能分析

针对市场上常用的百叶窗翅片管式换热器,为了确定翅片密度、管排数以及进口空气相对湿度对空气侧特性的影响,对6种结构参数的换热器进行试验研究,采用无量纲化的传热因子和摩擦因子分别衡量空气侧的换热和压降特性。结果表明,翅片密度越大,传热因子越小,翅片密度对摩擦因子的影响在空气干、湿工况下有所不同;管排数越多,传热因子越大,摩擦因子越小;传热因子和摩擦因子均随进口空气相对湿度的增大而增大。     

管排数对变频空调系统翅片管蒸发器性能影响研究

通过对2排管和4排管翅片管蒸发器进行实验研究,以确定管排数在变频制冷工况下对翅片管换热器的影响。结果表明管排数对蒸发器换热量影响比较明显,平均单位管排换热量和传热系数2排管的均大于4排管的,析湿工况下2排管的空气侧压降小于4排管的空气侧压降,并随着压缩机频率的增加更明显。     

吊顶式空气冷却器换热器管路的优化设计

利用EVAP-COND软件对高温冷库中吊顶式空气冷却器的翅片换热器进行了模拟计算,研究了不同支路数以及不同流路布置方式（顺交叉U型、逆交Ku型、顺交叉S型）对换热器换热量、制冷剂压降及过热度的影响,分析表明：对于给定的空气冷却器换热器参数,支路数为10的顺交叉U型为最佳的组合,为空气冷却器的优化提供了参考。     

“整数梯度下降”算法对热泵用翅片管蒸发器流路的优化

本文针对热泵用翅片管蒸发器,采用分布参数法构建仿真模型,研究蒸发器流路对其熵产的影响,并开发了基于“整数 梯度下降“算法的蒸发器流路优化模型。研究结果表明:当蒸发器换热量增大时,最小煽产点所对应的蒸发器分路数增加,且分 液器相对位置前移。通过对比实验与仿真结果,验证了蒸发器煽产(仿真值)与系统COP(实验值)之间的对应关系,即蒸发器嫡 产(仿真值)的变化可用于预测热泵系统COP的变化情况。在此基础上,以熵产作为“代价函数”,采用“梯度下降算法"构建了 蒸发器流路优化模型,获得了设计换热量为2000-6000W所对应的最佳蒸发器流路。     

亲水涂层对翅片管式换热器空气侧性能的影响

为了分析亲水涂层对翅片管式换热器空气侧性能的影响,对干/湿工况下亲水涂层翅片和普通翅片管式换热器空气侧的压降和热阻进行对比试验。结果表明：相对于普通翅片管式换热器,在干工况下,亲水涂层翅片管式换热器空气侧压降略增大,空气侧热阻增大10%左右;在湿工况下,亲水涂层翅片管式换热器空气侧压降减小,空气侧热阻增大4%左右;亲水涂层翅片管式换热器空气侧热阻基本不受空气湿度的影响。     

R290空气源热泵蒸发器换热性能分析

利用软件EVAP-COND对采用制冷剂R290的空气源热泵翅片管式蒸发器进行仿真模拟,通过改变制冷剂质量流量和蒸发器进口风量对机组制冷量、压降等进行比较分析。结果表明:制冷量、总传热系数、管路压降随制冷剂质量流量增大而增大,但制冷量增幅逐渐减小;最佳制冷效果下的制冷剂质量流量和风量分别在120 kg/h和25 m~3/min左右;制冷剂质量流量不变时,风量变化对蒸发器制冷剂侧总压降影响不大。     

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。