制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响.pdf

制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响美的集团空调技术中心张智!金培耕涂旺荣程志明梅新兴西安交通大学刘志刚摘要对于复杂流路的肋片管换热器进行了换热性能实验，实验用冷凝器流路分别为!#路，在实验条件下，$路的设计达到了最大的换热量。根据试验结果分析了产生换热性能差异的原因。关键词肋片管换热器冷凝器流路!#$%&$($)%*(*+,#-#+%&+%.#.#*%#/$.*+,#0#(&(-*+$#&*(1$&2#3$&+3#+4#(4!#$%&#$(，)(&*+(+&，,(-#$(%&，.-/%&01&，2$+&#$(3(&%&4 5+(6(&7(&!#$%&$!#$%&()*%+,%#$-%*)./%)%+0/*1%,%#.#-*0%.0-,2%+0$#0($)$#302%4.$*)(5%0*4%*&%#&6 7/%#*1%-%*)&.0*4%*&%#&$*02(4%*%，)8，)/#%*4.(#0$#0($)&6 9*&-%+,%#$-%*)0*4$)$*&，)/%#*1%-%*).)8 0$#0($)&/8%4)/%5%&),%#.#-*0%6:*2;&%&)/%0(&%&./%)%+0/*1%4$.%#%*0%&5&%4*)/%#%&(2)6()*+,%-#.$*)(5%/%)%+0/*1%#，0*4%*&%#，0$#0($)!#$%&%(，)*(+$,&-*,&%(./0*&%00#*1*0*,&2#3*-%4 5,6-*&7$,8，9-8，$:*&4!空调中使用的风冷式换热器多为铜管肋片式换热器，制冷剂在铜管中流动，铜管外面通过机械胀管的方法套平行的连续肋片以增加换热面积，根据不同的结构尺寸或换热量的要求，换热器可以是一排或多排，制冷剂的流路可以是一路或多路。为了提高风冷式换热器的换热性能，通常采用的被动强化方式主要有扩大换热面积以及增大空气和制冷剂间的温差!。现在已经使用了各种类型的冲缝肋片和内螺纹铜管，换热面积已经增大了许多。要增加空气与制冷剂之间的温差，较实用的办法是通过制冷剂流路的改变来实现。在实际的换热器生产中，一般是将一定长度的铜管折弯成!%&，称之为长(管，然后将长(管从肋片的一侧插入，在另一侧利用半圆管进行焊接形成流路。一般，制冷剂流路的设计应当遵循以下几点：!对于多路流动而言，不同流路间制冷剂分配应均匀；制冷剂和外界空气应进行逆流换热；#避免出现复热和回液。目前，国内外关于制冷剂流路对换热性能影响的研究较少，仅有的一篇文献中介绍的也是简单的情况$，与实际使用中的情况有较大的差异，所以，本文针对较复杂的流路进行了换热性能实验和理论分析，并得到了有指导意义的结果。!实验装置与测试方法冷凝器换热实验在综合换热性能实验台上进行，实验系统如图!所示。实验系统符合)*+$,-!./，01230455-+%，617,!,!和 8*9:#$%5 标准。变频压缩机提供制冷剂流动，通过水冷却器和辅助加热器可以调节进入实验用冷凝器的制冷剂的温度，通过辅助冷凝器可以调节进入冷凝器的制冷剂的压力，在冷凝器的进、出口均使用铂电阻温度计和差压变送器测量制冷剂温度和压力，制冷剂流过质量流量计时可以测得流量，通过节流装置可以控制冷凝器出口的制冷剂过冷度，制冷剂经节流降温、降压后经过辅助蒸发器后流回压缩机，形成一个完整的制冷剂循环。通过压力和温度计算出冷凝器进、出口的制冷剂的焓差，乘以流量就可以得到制冷剂侧的换热量!。冷凝器的换热量通过综合风量装置测得，温度测量系统使用铂电阻温度计测得冷凝器进、出风的干、湿球温度，喷嘴%!张智，男，!.+$年!$月生，博士，工程师,$%5!广东省顺德市美的集团空调技术中心（&+/,）/55%5,%4;?：A=BCADEF=GHIGHB收稿日期：$&!-&,-$%万方数据!压缩机 水冷却器#辅助加热器$温度测量装置%实验用冷凝器&喷嘴 引风机(风量测量系统)质量流量计!*主节流装置!辅助节流装置!辅助蒸发器!#辅助冷凝器图!冷凝器换热实验系统图系统测得进出冷凝器的风量，通过计算空气进、出 口 的 焓差，与风量相乘即可得到空气侧 的 换 热 量!，当!和!相等时，表明实验已经达到了稳态，可以进行测量了。实 验 系 统中，质量流量计的测量误差小于*+&,-./，铂电 阻 温 度 计（01!*）的测量误差小于*+*%2，压力变送器的误差小于!,03，所有数据通过混合记录仪记录并转化为数字信号供计算机分析。实验条件为环境干球温度#%2，湿球温度$2，实验用制冷剂为 4，制冷剂进入冷凝器温度!5（(*6*+%）2，压力#!5!+(703，对应的饱和温度为$&+&2，冷凝器出口制冷剂过冷度为（%6*+%）2。共对$种不同制冷剂流路类型的冷凝器进行了测试，详细形式如图所示。冷凝器肋片形式为弧形冲缝片，图 不同流路的冷凝器布置图肋 片 厚 度*+!*%88，单排肋片宽度 88，肋片间距!+88，铜管外 径)+%#88，铜管中心 距%+$88，管排数 排，采 用叉排形式，两排肋片间不相连，冷凝器迎风面积&$889%&*885#$*88。实验结果与讨论在上述实验系统中对多种流路布置的冷凝器进行了换热能力的实验测量，实验中，通过改变风量来考察不同冷凝器的换热能力和沿程管壁温度。具体实验结果如表!所示。表!冷凝器换热性能实验结果对比实验项目冷凝器 3冷凝器:冷凝器;冷凝器 出口风量.8#./!%)&!&!%!&#!%&!&#!&!*!&#换热量.=$#$%$(%*$%&#$!%$!%&$!空气出口干球温度.2$#+%($#+$($+&!$+%$+!($+*%$#+&$#+空气出口湿球温度.2+(+!%+!$&+&*&+%&+#)&+$!冷凝器进口压力.703!+(*!+(*!+(*!+(*!+)!+)!+(*!+(*!冷凝器出口压力.703!+#!+#*!+($!+(!+(*!+)!+)(!+)冷凝器进出口压力差.703*+*&(*+*+*!*+*!)*+*!*+*!(*+*#*+*$冷凝器进口温度.2)+)+()+%)+&()+)%)+%&)+#)+%&冷凝器出口温度.2$!+#$!+&)$!+!$!+$%$!+%&$!+&$!+%$!+&%制冷剂流量.,-./(+)(!+#(+#)!+#(#+#(&+*%+(+)从表!中可以看出，在实验的几种冷凝器中，冷凝器:的换热效果最好，在相同的风量下，其换热量最大，表现为空气出口的温度最高，即空气吸收的热量最多。分析其原因为：制冷剂流动为两路，流动从上向下，有效地利用了重力作用，两路的进口基本上在同一高度，避免了在分流时由于重力作用而引起的分流不均匀，两路全程交叉流动，依次流过迎风侧和背风侧，保证了两路的换热均匀，这样就使两路制冷剂在距离入口相同的管程处干度相同，管内流动速度和流动状态相同，管内表面传热系数相同，管外表面传热系数相同，所以两路的换热量相同，总体换热量最大。在冷凝器;中，制冷剂分三路流动，由于三路的入口有高度差，无论总进口安排在任何位置，在每一路的分入口处都不可避免产生分流的不均匀，在每一路的出口，由于含液量较多，所以出口后垂直段的管路中的液柱有一定的压力，带来的结果是越靠下的流路出口处压力越大，出口压力越大的流路中流量就越小，这样综合的结果是三路的流量不平衡，所以三路的换热不均衡，此外，在流路中有上升段和下降段，部分抵消了重力的作用，所以虽然流路较多，但是总体进、出口压力差仍和两路流动的差不多。在冷凝器 中，制冷剂分四路流动，上半部分两路，下半部分两路，与冷凝器;中的情况相似，由于入口的高度差和出口处液柱压力的影响，每一路的流量不均衡，同时，在上、下两半部分的流路中，两路间有一次交叉，在交叉前，迎风侧换热量较大，平均含液量较多，而背风侧换热量小，平均含液量少，在交叉后，含液量多的转到背风侧换热，含液量少的转到迎风侧换热，两路管内流动状态沿管程的分布状况不同，由于管内两相流动换热系数与流动状态有关!，#，$，所以换热情况不同，换热量也不同，此外，上半部分的出口与下半部分的入口相邻，由于此相邻两管间温度相差较大，约#%2，所以，通过肋片的导热，使上半部分出口的温度较低的制冷剂又部分被加热，这称之为复热，由此又损失了一部分热量，同样在冷凝器;中也存在类似的问题。在压力损失方面，由于分路较多，总体上制冷剂是从上向下流动，所以冷凝器进、出口的压力差相对较小。当外界风量或风速增大后，冷凝器进、出口的压力差增大，这是由于在管内流动中，阻力损失主要包括：壁面摩擦阻力损失和在弯管内由于二次流动而引起的压力损失，这两项)!万方数据损失都是随着管内流速的增大而增加的，由实验结果可以看出，当风量增大时，制冷剂流量增大，所以对于同一个冷凝器而言，管内流速增大，阻力增加，从而引起压力损失增加。对不同的冷凝器而言，分路越多，每一路的流量越小，流速越小，所以压力损失也越小。关于实验用各种冷凝器的总体换热系数!，可以通过!#!$计算得出，其中 为冷凝器总换热量，#，!为总体换热系数，#$（%&）；#为总换热面积，%，对于实验用的冷凝器，其总换热面积包括总肋片面积和肋片间的铜管面积，为()*%；!$为对数平均温差，按照文献+，其计算方法为：!$!$,-.!$/010!$,-!$/0对于实验用冷凝器的工况来讲，由于管路中绝大部分是处在两相区，管内流体温度保持在)*23,所对应的饱和温度，即 45)5 6，所以按照此温度计算对数平均温差。根据换热量、换热面积和对数平均温差算出的总换热系数如表%表示。从表中可以看出，冷凝器 7 的总换热系数最大。对于所有的冷凝器，随着风量的增大，即风速的增大，总体换热系数增大。这是因为风速增大，管外表面和肋片表面换热增强的缘故。表!不同冷凝器总体换热系数对比对比项目冷凝器,冷凝器 7冷凝器 8冷凝器 9风量$:$;+5 55(+(5(:+(5 55:5=5(:换热量$#4:%44 4+4(*+=%4+5:4(+4+54%(对数平均温差$65):(5)45+)4+)+4+)*5+)(5)5:5)5:总换热系数$#$（%&）:*)=:*)(54):+=)(:4:)(544):4:+)77?)3A/08/B1 CD 0;,089;,E EA,0FDA)GC;0#/1H I JC0F，K08，LM NCAO，E,1)RDD8E CD 8/A8S/E,AA,0Q0E C0 E;BADCA,08 CD,/AT8CC19 8C090FAF)K0E G?DA/Q，A 2，3,E 2 U，UAQ1F V R)W,E EA,0FDA,09 BAFFSA 9ACB9SA/0Q X,BCA,E/C0,09 8C090F,E/C0 CD?%/0;CA/YC0E,1/8ACTD/0 ES7F)K0E G?DA/Q，*0F/0Q,09 X,BCA,E/0Q;,E EA,0FDA,09 BAFFSA 9ACB8;,A,8EA/FE/8F CD WP:4,09 WPP%)G W,E A,0FDA，A,0F,8E/C0 CDVJ2R，(，（）：+*.5:+杨世铭)传热学（第%版）)北京：高等教育出版社，!*(（上接第:页）一味追求舒适，当与要求的健康标准产生矛盾时，应该优先服从健康标准，去寻求其它技术途径解决这一矛盾。我们不可能等待所有理论问题都解决再采取行动。目前的目标可提倡根据不同的室内空气品质的要求，采用不同的新风量、不同的设计手法和控制手段，这样既可满足要求，又可使投资和运行费用控制在一个合理的范围，是相对合适的策略。致力于健康的室内环境之设计与研究是发展的必然趋势，相信在今后的=年中绿色建筑一定在我国兴起，并获得蓬勃发展。参考文献沈晋明)创造舒适的室内环境)暖通空调，(，%(（）：:+.:*%沈晋明)合理确定通风空调系统中的新风量)空调设计（第 辑），长沙：湖南大学出版社，(：%(.:沈晋明)室内空气品质的评价)暖通空调，(，%(（4）：%.%+4沈晋明，毛继传，孙光前)上海办公大楼空气品质的客观评价)通风除尘，+（4）：4.(+沈晋明，毛继传)上海办公大楼空气品质的主观评价)通风除尘，5（%）：4.(5沈晋明)VJW?VR 标准 5%.*对通风空调行业的影响)暖通空调，*，%*（+）：%*.:(沈晋明)保障室内空气品质的通风空调设计新思路)空调暖通技术，5（%）：4.=*沈晋明，朱莹，陆毅昌)室内空气品质标准的发展趋势，空调暖通技术，*（4）：%.%沈晋明)改善室内空气品质的措施和方法)见：室内空气品质改善措施研讨会论文集)=沈晋明)我国目前室内空气品质标准的制定)见：全国暖通空调%=年学术文集)北京：中国建筑工业出版社，%=李黤，沈晋明)用于改善室内空气品质的新风预处理概念与系统形式)见：第+届海峡两岸制冷空调技术交流会论文集)%=%刘玉峰，沈晋明)室内空气品质评价方法的新指数)见：第+届海峡两岸制冷空调技术交流会论文集)%=%万方数据制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响作者：张智，金培耕，涂旺荣，程志明，梅新兴，刘志刚作者单位：张智,金培耕,涂旺荣,程志明,梅新兴(美的集团空调技术中心)，刘志刚(西安交通大学)刊名：暖通空调英文刊名：HEATING,VENTILATING&AIR CONDITIONING年，卷(期)：2002,32(5)被引用次数：15次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.Webb R L Principle of enhanced heat transfer 19942.Wanb C C;Jang J Y;Lai CC Effect of circuit arrangement on the performance of air-coold condensers外文期刊 1999(04)3.Schlager L M;Pate M B;Bergles A E Heat transfer and pressure drop during evaporation andcondensation of R22 in horizontal micro-fin tubes 1989(01)4.Liu X Condensing and evaporating heat transfer and pressure drop characteristics of HFC134a andHCFC22外文期刊 1997(01)5.杨世铭 传热学 1987 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.薛梅.刘颖.邬志敏.李国云.王涛.XUE 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翅片管换热器过冷管设计对系统性能影响研究期刊论文-制冷 2009(1)3.肖彪 翅片管式换热器制冷剂流路对换热特性影响的实验研究(上)期刊论文-家电科技 2008(23)4.招伟.项卫琴 制冷剂流量分布对冷凝器性能的影响期刊论文-家电科技 2008(13)5.吴志刚.丁国良.浦晖.龙慧芳 基于遗传算法的翅片管换热器管路优化方法期刊论文-化工学报 2007(5)6.吴志刚.丁国良.浦晖 基于知识及遗传退火混合算法的翅片管换热器管路优化方法期刊论文-化工学报2007(10)7.吴志刚.丁国良 带毛细管调节制冷剂流量的翅片管换热器仿真期刊论文-机械工程学报 2007(4)8.刘建.魏文建.丁国良.王凯建 对具有复杂流路布置的翅片管换热器的性能仿真与分析期刊论文-化工学报2005(1)9.林灿洪.何钦波.许成威.刘凌晓 全铝高效空调换热器的研究与应用期刊论文-顺德职业技术学院学报 2011(2)10.沈斌.朱殿臣 换热器流路计算机辅助建模系统的开发期刊论文-机电一体化 2010(8)11.姜盈霓.虎小红 流程布置对翅片管换热器换热性能影响的研究现状与展望期刊论文-制冷与空调 2007(3)12.黄东.贾杰楠 室外换热器流路布置对热泵空调器的性能影响分析期刊论文-西安交通大学学报 2010(7)13.陈曦.王建中.赵巍.刘训海 窗式空调器翅片管式冷凝器的管路布置研究期刊论文-制冷与空调 2012(1)14.陈轶光.杨昭 室外翅片管换热器的设计对空气源燃气机热泵系统性能的影响期刊论文-热能动力工程 2011(1)15.文娟 基于数值模拟的风冷冷凝器速度场的研究学位论文硕士 2005 引用本文格式：张智.金培耕.涂旺荣.程志明.梅新兴.刘志刚 制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响期刊论文-暖通空调 2002(5)