翅片管式气-液换热器变工况下传热特性研究

采用FLUENT软件对高温空气-混合硝酸盐在翅片管式换热器中的换热进行了三维数值模拟,研究其换热与流动特性。模拟主要考察对于不同压力工况下及不同Re数的高温空气,换热器的换热及阻力特性。计算结果表明:随着空气侧流速及空气压力的增加,空气侧表面换热系数都有显著增加,同时流动阻力也有所增加。低压力工况时的换热及阻力特性曲线几乎随空气流速呈线性相关,高压力工况流动和换热呈非线性趋势。将数值模拟结果与实验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证,并得出了流体物性对换热器性能的影响,给出了翅片管换热器在不同条件下的换热准则方程式。     

两种不同类型的光滑波纹翅片管换热器空气侧性能及关联式研究

本文对两种不同类型的光滑波纹翅片管换热器进行了空气侧换热及阻力性能的实验研究,分别以Colburn换热因子和Fanning摩擦因子表征空气侧换热及阻力特性,对比分析了翅片形式对光滑波纹翅片类型的空气侧性能影响,发现当雷诺数大于5 500时,两种换热器换热因子j相差6. 4%以上,摩擦因子f相差7. 8%;同时,验证了3种不同类型的换热实验关联式对光滑波纹翅片类型的预测情况,结果表明现有关联式预测偏差较大;运用多元线形回归方法拟合得到新的换热及阻力实验关联式,平均相对误差分别为1. 59%和6. 75%,误差分布均匀,预测精度明显高于现有关联式。     

直接空冷系统椭圆翅片管管束传热与流动性能的数值分析

直接空冷系统的空冷元件中,大口径热浸锌椭圆钢管绕椭圆翅片管因其具有空气侧流动阻力较小、换热系数较高、使用寿命长、清洗效果好、技术成熟等优点,在西北地区直接空冷机组中广泛应用。本研究采用CFD技术对三排管直接空冷凝汽器空气侧流动及换热性能进行细致分析,讨论了不同迎面风速下的三排管空冷翅片间的压力、速度和温度分布特性。结果表明,随着迎面风速的增加使换热系数增大,阻力增大;后排管的换热较前排管弱。本文模拟的结果可为空冷凝汽器的优化设计提供参考依据。     

冷凝铜管排列方式对箱壁式冰箱换热性能的影响

通过实验分别测试了箱壁式冰箱在冷凝管水平布置和竖直布置方式下的能效比,并且对实验工况下水平管和竖直管管内的冷凝换热系数进行了理论计算。结果表明:尽管理论计算结果显示水平管布置方式的管内冷凝换热系数高出竖直管布置方式较多,但实验结果显示两者整体传热性能相差极小。总体来说,采用水平管布置方式的冰箱的能效比仅高出约2%,箱壁式冰箱冷凝器的主要换热热阻在管外空气侧,这两种布置方式导致的管内换热的差异对箱壁式冰箱的整体换热性能影响不大。     

管径变化对蒸发器性能影响的仿真与实验研究

家用空调换热器采用的管径不同,产生的传热效果等性能有差异。采用空气焓差法,对具有相同制冷量的5 mm管径换热器和7 mm管径换热器进行了蒸发工况的实验,并建立了不同管径换热器的仿真计算模型,分析了管径的变化对蒸发器制冷剂侧和空气侧的换热和压降的影响。对比实验与计算结果,发现:1)5 mm换热器空气侧表面传热系数提高了17%;2)在相同制冷量下,5 mm换热器的制冷剂质量流量减少了4.6%,质量流速增大了89.4%,同时由于管壁热流密度的增大,引起了蒸干点的提前;3)以制冷剂达到相同干度时的换热系数作为基准,随着干度的增加,5 mm管的管内换热系数增大到7 mm管的1.43~1.86倍;同时制冷剂的摩擦压降、加速压降和局部压降均为7 mm换热器的3倍,压降引起了蒸发温度降低1.1℃。     

不同环境参数对SK型翅片管式换热器结霜换热性能的影响

以SK型翅片管式换热器为研究对象,在循环式风洞中对其结霜工况下的性能进行试验研究,研究了入口空气流速和相对湿度等环境参数对SK型翅片管式换热器性能的影响。研究结果表明：结霜工况下,翅片表面未覆盖满霜层时,在雷诺数Re=3602～5509,进口相对湿度？=60%～80%范围内,空气侧对流换热系数随迎面风速的增大而增大,随相对湿度的增加而增加;换热器表面阻力降随着流速的增加而增大,随着相对湿度的增大而增大。实验结果表明,空气相对湿度对SK型翅片管式换热器性能的影响远大于空气流速的影响。     

低温工况下结霜对翅片管蒸发器性能影响研究

翅片管蒸发器的结霜将增加空气压降，增大传热热阻，从而直接影响到蒸发器的效率及空气侧平均换热系数，本文就低温工况下，结霜对蒸发器性能的影响进行了测试研究，为翅片管蒸发器的设计应用提供了重要依据。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

R22在矩形微细管内凝结换热的实验研究

通过实验研究了R22在当量直径为0.952 mm水平不锈钢矩形管内的凝结换热过程。实验时的饱和温度为40~50℃、质量流速为200~800 kg/（m2 ? s）、干度为0~1。研究结果表明：R22的凝结换热系数随质量流速和干度的增大而增大,在较高干度区增大趋势更加明显,随饱和温度的增大凝结换热系数减小。然后将实验结果与三种已有换热关联式进行了对比,在与R22相比时发现,在相同实验工况下R152a的凝结换热系数大于R22的凝结换热系数。     

叉流板式间接蒸发冷却换热器的实验研究

利用自制实验台,在前期实验工作的基础上,对叉流板式间接蒸发冷却器进行了实验研究.发现换热器两侧空气的流量比、流量大小对换热器的效率有着重要影响.影响趋势在干工况与湿工况下又有所不同,这是因为换热器中两流体的热容量之比发生了很大变化.实验结果表明:干工况下,换热器的摩擦阻力系数大于按层流理论公式计算所得的值,层流向湍流过渡的雷诺数为1200左右;喷水情况下二次空气侧的阻力系数远大于干工况下的阻力系数,约为干工况下的2.5到3倍之间.分析结果可以对换热器的优化设计提供一定的参考和帮助.     

Frost formation on fin-and-tube heat exchangers. Part I—Modeling of frost formation on fin-and-tube heat exchangers

In this study, the heat and mass transfer characteristics of heat exchangers during frost formation process are analyzed numerically. Unsteady heat and mass transfer coefficients of the air side, heat transfer coefficient of the refrigerant side, air-frost layer interface temperature, the surface efficiency of the heat exchanger and the mass flow rate of the frost accumulated on the heat exchanger surface are calculated. The total conductivity (UA) and pressure drop of the heat exchanger are reported for different air inlet temperature, relative humidity, air mass flow rate and the refrigerant temperature.     

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。     

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。     

多元平行流冷凝器传热流动性能研究

平行流冷凝器空气侧采用间断型扩展表面的波纹型百叶窗翅片,制冷剂侧采用小水力直径的非圆截面微通道多孔铝制扁管,选用适合于该微尺度强化换热结构的传热和压降关联式,对某规格的平行流冷凝器建立数学模型并在一定工况下进行数值模拟.结果分析表明,制冷剂在非圆截面微通道内的冷凝过程中,表面张力对表面传热系数的强化效果明显;通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作用,从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降,与常规换热器相比具有显著的优越性.     

空气冷却器空气侧百叶窗翅片强化传热性能研究

对跨临界CO2空调系统中空气冷却器空气侧的百叶窗翅片建立流固耦合的三维模型并进行数值模拟,结果表明传热和阻力特性与实验关联式吻合较好;开发新型弧形百叶窗翅片,并对不同窗翅角度和弧度的弧形百叶窗翅片进行数值分析,发现新型弧形百叶窗翅片的换热特性与压降特性较一般的百叶窗翅片都有增加,平均表面传热系数增加幅度高达9．47％,平均压降增加最大幅度为3．2％,可见新型弧形百叶窗翅片传热元件具有良好的综合传热性能。     

不同空气侧风速下微通道蒸发器换热特性实验研究

搭建微通道蒸发器性能实验台,采用控制变量法研究不同空气侧风速下微通道蒸发器表面温度分布、制冷剂进出口压力的变化规律,计算换热量和换热系数,从而分析空气侧风速对微通道蒸发器的流量分配特性和换热效果的影响。结果表明,随着风速增大,微通道蒸发器制冷剂流量分配不均匀性增大,进出口压力波动振幅和周期增加,压降增大,风速2 m/s时微通道蒸发器换热效果最佳。     

An experimental study of the fluid flow and heat transfer characteristics in micro-condensers with slug-bubbly flow

Experiments were conducted to study the condensation flow pattern in silicon micro-condensers using water as the medium. Slug-bubbly flow was found to be one of the dominant flows in the micro-condenser and it was a major factor in determining the heat transfer and pressure drop properties of the fluid inside the micro-condenser. The transition from the slug-bubbly flow to a mixed flow pattern was studied. A correlation was obtained to predict when the transition of the flow pattern would occur. Only slug-bubbly flow existed under low steam mass flow rate and high heat transfer rate conditions. As the steam mass flow rate increased or the heat transfer rate dropped, the mixed flow pattern would then appear. In the slug-bubbly flow regime, the heat transfer coefficient and pressure drop in the micro-condensers were investigated in detail. It was found that micro-condensers with smaller channels could exhibit higher heat transfer coefficients with the same Reynolds number. The condensation heat transfer coefficient was higher than that in the tubes with the diameter of centimeter. Pressure drops in the micro-condensers with smaller channels were higher due to the increased transition loss. At the same time, the pressure drop in the micro-condenser was found to be lower than what could be predicted using the macro-scale correlation. Increasing the heat flux would create a longer bubble–film region and fewer unit cells in the micro-condenser resulting in an increased heat transfer coefficient and a decreased pressure drop.     

Prediction of evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of refrigerant mixtures in horizontal tubes

A study on the prediction of heat transfer coefficient and pressure drop of refrigerant mixtures is reported. Heat transfer coefficients and pressure drops of prospective mixtures to replace R12 and R22 are predicted on the same cooling capacity basis assuming evaporation in horizontal tubes. Results indicate that nucleate boiling is suppressed at qualities greater than 20% for all mixtures, and evaporation becomes the main heat transfer mechanism. For the same capacity, some mixtures containing R32 and R152a show 8–10% increase in heat transfer coefficients. Some mixtures with large volatility difference exhibit as much as 55% reduction compared to R12 and R22, caused by mass transfer resistance and property degradation due to mixing (32%) and reduced mass flow rates (23%). Other mixtures with moderate volatility difference exhibit 20–30% degradation due mainly to reduced mass flow rates. The overall impact of heat transfer degradation, however, is insignificant if major heat transfer resistance exists in the heat transfer fluid side (air system). If the resistance in the heat transfer fluid side is of the same order of magnitude as that on the refrigerant side (water system), considerable reduction in overall heat transfer coefficient of up to 20% is expected. A study of the effect of uncertainties in transport properties on heat transfer shows that transport properties of liquid affect heat transfer more than other properties. Uncertainty of 10% in transport properties causes a change of less than 6% in heat transfer prediction.     

滴形管换热性能的实验研究

采用特殊形状和表面的管子是最为常用、有效的强化换热手段。本文基于滴形管换热器回收天然气锅炉排烟余热,提出了烟气侧的换热系数实验关联式。通过改变换热管间的排列间距,在不同烟气流量下,对圆管和滴形管的换热性能及影响因素进行了分析。与实验数据比较,验证了实验关联式可正确反映凝结换热的特性。结果表明:不同烟气量通过滴形换热管的压损小于圆管,约为圆管的0.33~0.38倍;烟气温度降大于圆管;冷却水通过滴形管的温升高于圆管;换热系数滴形管比圆管的提高约7%,表明滴形管的换热性能优于圆管。因此对于有凝结换热过程发生时,滴形换热管具有强化换热的作用。     

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。