采用小管径铜管空冷换热器的性能成本分析研究

铝管替代铜管和采用更小管径的铜管是当前降低空调器成本的两大热门方向。本文从小管径铜管替代的角度对中9．52mm内螺纹铜管和Ф5mm内螺纹铜管这两种管型以及采用这两种管型的换热器进行了性能比较和成本分析。研究结果表明：在相同实验条件及同样的体积流量下,Ф5mm内螺纹铜管管内换热系数比Ф9．52mm内螺纹铜管管内换热系数提高15％左右。在相同的测试工况和同样的迎风面尺寸条件下,Ф5mm铜管换热器在取得与v9．52mm铜管换热器接近换热量的同时,可以节约铜管材料41．8％,铝箔材料50％。     

空调器中采用小管径的影响分析及研发思路

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,但会对于空调器的性能及制造工艺带来影响。本文分析了小管径换热器应用的优势,理论分析了空调器采用更小管径铜管对换热器的传热和压降性能以及对系统性能的影响。分析表明,小管径铜管的换热器具有更高的传热效率,但直接将小管径铜管应用到空调器中替代原有的换热器中的铜管可能会导致制冷剂侧压降过大、翅片阻力过大、制热效果不好等问题。本文基于理论分析结果,给出了解决小管径换热器应用的问题的技术思路和所需要进行研究的课题。     

小管径内螺纹铜管在空调系统中的应用

在比较Ф5mm内螺纹铜管与普通Ф7mm内螺纹铜管换热及流体压降特点的基础上,介绍了家用空调使用晒咖内螺纹铜管的特点及其采用的相应措施。整机性能测试证明,采用中5mm内螺纹铜管时蒸发器铜的用量降低43％以上,成本下降40％左右;而制冷量、能效比及循环风量均有所增加。     

高效空调换热器内螺纹铜管的研究及应用

分析内螺纹铜管在齿形参数选择以及制造与使用过程中对传热性能的影响因素,介绍高效空调换热器内螺纹铜管各齿形参数优化设计及研究试验过程。认为对内螺纹铜管进行深入研究,不但可以提高空调产品的性能、减少能源消耗,而且可以降低企业的生产成本。     

制冷剂种类与翅片管换热器管径的匹配特性

针对空调用翅片管换热器,本文研究了4种制冷剂在管内的流动阻力及表面传热系数随换热器管径的变化,通过模拟计算给出不同制冷剂对应的最佳换热器管径。根据实际空调器系统确定相关参数,计算得到管内流动阻力损失由大到小依次为R22、R290、R410A、R32,表面传热系数由大到小依次为R32、R410A、R290、R22。在空调器制冷工况,满足换热量需求的条件下,冷凝器入口压力(压缩机排气压力)越低,系统效率越高;根据模拟计算,换热量为2 000 W时,随着换热器管径的增大,不同制冷剂对应的冷凝器入口压力先降低后增加,得到最适宜的换热器管径:R22为7～7.5 mm,R410A与R32为6～6.5 mm,R290为6.5～7 mm。     

小管径铜管换热器的性能及成本分析

对比分析采用R410A制冷剂的Ф7mm铜管换热器与Ф5mm铜管换热器的性能与成本。测试结果表明,在相同的测试工况和迎风尺寸下,Ф5mm铜管换热器的换热效果比Ф7mm铜管换热器的好,可以节约大量铜材和铝材,且制冷剂充注量减少。     

小管径家用空调研发：换热器流路计算软件开发

小管径家用空调具有管材消耗少,重量轻,制冷剂充灌量低等优点。由于管径减小使其换热器管内阻力较高,设计中需对流路结构进行优化布置。传统流路设计主要依赖于试验,成本高,周期长,效率低。本文借助数值计算手段,建立了换热器计算模型,开发出的具有图形界面的换热器流路性能计算软件,能够大大提高换热器设计效率,降低产品开发成本。     

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。     

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%。     

小管径换热器对空调可靠性的影响

空调器采用小管径铜管可以有效地降低空调器的成本,大幅降低空调器的充注量,但在恶劣的使用环境下采用小管径换热器的空调器,是否对空调的可靠性产生影响,影响空调的寿命。本文主要分析了小管径与大管径换热器在不同使用情况下排气温度的变换趋势,并给出小管径换热器机型开发的注意要点以及增加可靠性的优化方向。     

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。     

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。     

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℃。     

R404A在小管径管内流动沸腾换热特性研究

R404A在小管径管内的流动沸腾换热过程是一个极其复杂的物理现象。目前对R404A换热特性的研究大多集中在大管径上,对小管径换热特性的研究较少,且对不同实验现象的机理分析也不尽相同。因此R404A在小管径管内换热特性的理论研究仍需要大量具体的实验数据来支撑。本文通过搭建小管径内螺纹铜管蒸发实验台,研究R404A在小管径管内流动沸腾换热过程中不同热流密度、不同蒸发干度、不同质流密度、不同饱和温度对表面传热系数的影响,研究表明:热流密度、干度、质流密度、饱和温度均对R404A在小管径管内换热特性的影响较大,干涸现象发生前后这些因素产生的影响也不同。此外,这些因素对管内干涸现象发生的起始干度、沸腾主要换热形式以及干涸现象是否发生具有直接影响。     

房间空调器中翅片铜管式换热器最优流路设计

房间空调器由内机和外机组成。内外机均采用翅片铜管式换热器,在设计换热器时经常被流路设计所困扰,每一个流路铜管长度应该设计成多少?目前为止全凭经验和不断的实验测试来确定,浪费了大量的开发时间和开发成本却没有形成一个完整的设计指导参数。针对该问题本文中研究了不同管径下内机换热器的最优流路设计,确定了最优流路的铜管设计长度,为后续开发提供参考依据。     

R404A小管径冷凝传热与压降关联式的适配性

针对R404A的冷凝传热与压降关联式不少,但都是基于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。本文通过实验测试与理论计算结合论证的办法,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传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：Dobson and Chato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传热系数,与实验值正偏差为+15.51%,负偏差为﹣14.13%。黄翔超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。     

车用热泵用小管径管片式换热器性能研究

目前车用空调冷凝器均为平行流冷凝器,作为热泵蒸发器时易结霜,且化霜时排水不畅。而圆管翅片换热器换热性能较差,难以满足结构布置要求。开发了Ф5管径的小管径换热器,与平行流换热器进行了性能对比测试。结果表明:采用小管径管片式换热器时,制冷模式下COP提高了17.4%~23.7%,热泵模式下COP提高12.6%~35.8%,且在热泵模式下可降低压缩机排气温度15~28℃。小管径管片式换热器在电动汽车热泵系统应用前景广阔。     

平行流换热器在空调机上的应用研究

介绍全铝平行流换热器与传统铜管套翅片式换热器的结构区别,并从结构上分析全铝平行换热器的寿命、换热性能、阻力、重量等方面比传统铜管套翅片式换热器优化的情况,同时,通过在风冷式空调机上的测试,和传统铜管套翅片式换热器进行换热性能和空调系统性能对比,探讨平流式换热器在风冷式空调机上的应用可行性,为今后平行流换热器在风冷式空调...     

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%。