结霜工况下R410A翅片管式蒸发器的换热特性

在焓差实验装置和热泵性能测试系统中,对一台R410A空气源热泵的翅片管式蒸发器在结霜工况下的换热特性进行了试验研究.通过改变蒸发器制冷剂侧和空气侧的流体温度、流量等参数,利用显微摄影机对室外侧换热器的平直翅片表面结霜过程进行动态跟踪.实验表明,结霜速率和霜层厚度的变化对制冷系统的换热量、蒸发温度、制冷剂侧压降、整体传热效率都有不同程度的影响.在蒸发器的结霜初期和结霜后期,系统性能的衰减程度有较大区别.在空气温度为0℃~-4℃,相对湿度大于80%的情况下,换热器表面结霜速度最快.     

车用微小通道蒸发器一维仿真与试验

通过蒸发器制冷能力、通风阻力、蒸发器内阻一维仿真结果与试验值比较,发现制冷剂侧两相换热区、过热区、空气侧分别采用已有的换热关联式计算时,计算值与试验值吻合度较好,误差控制在5%以内.研究了百叶窗翅片的百叶窗开角、翅片间距、翅片高度以及扁管的通道宽度、通道数对蒸发器性能的影响.对蒸发器进行了结构优化,选取了一个综合性能最优的方案,使得通风阻力下降19%,蒸发器内阻下降8.4%,制冷能力提高130W.     

多海拔下不同散热器翅片的性能分析

为研究海拔对车辆散热器翅片性能的影响,编写了基于Matlab的管带式散热器计算程序,在验证仿真程序正确的基础上,分别计算不同热物理条件下百叶窗翅片、平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片4种常见翅片散热器在不同海拔地区的空气侧和水侧出口温度、空气侧压降、空气侧换热系数、散热量等参数;分析了海拔变化对不同翅片散热器散热能力的影响,对比了不同翅片散热器在变海拔下的散热特性和风阻特性.由综合换热系数可知,百叶窗翅片的散热能力最强,锯齿形翅片的海拔适应性最好.     

基于分布参数模型的满液式蒸发器性能模拟

基于流动沸腾换热的Chen氏加和模型，建立了满液式蒸发器分布参数的热力计算模型．采用分相流动模型计算制冷剂横掠管束的两相压降，考虑了压降对制冷剂饱和温度的影响；对于流程上下布置的满液式蒸发器，模型计算了制冷剂流量沿轴向的分布，改进了前人忽略制冷剂流量轴向分布对蒸发器性能的影响．应用该模型对一水平布置、2流程、采用强化管的满液式蒸发器进行了性能计算，热负荷的计算值与试验值吻合良好．同时，研究了不同管型、不同流程布置对满液式蒸发器性能的影响．     

管带式散热器空气侧传热和阻力特性实验研究

文章采用换热器风洞实验,对22种不同结构参数的矩形波纹翅片管带式散热器进行传热和流动阻力性能实验,选用361组工况点的实验数据,经过多元线性回归,获得适用于矩形波纹翅片散热器空气侧传热因子j和摩擦因子f的计算模型,预测散热器的传热和阻力特性。研究结果表明,雷诺数在400～3 840范围内,换热器空气侧散热量、压降的计算值与实验值之间最大相对误差分别为9.14%、10.05%,标准误差分别为8.62%、3.75%,计算值与实验值之间吻合性较好。     

采用分布参数模型的CO2微通道蒸发器数值模拟

采用有限元分析方法为跨临界CO2空调系统的微通道蒸发器建立了二维分布参数仿真模型,比较分析了适用于不同制冷剂侧的换热关联式,并为此提出了一种修正的换热关联式,以期为微通道蒸发器模型能够获得很好的预测结果.模型中考虑了干、湿工况以及制冷剂进出集液管产生的压力损失对制冷剂侧换热和流动特性的影响.对比分析得出:微通道蒸发器的制冷量和压降在制冷剂侧仿真、实验的相对误差分别小于8.2%和10%,表明所建模型可作为CO2微通道蒸发器的优化设计的理论依据.     

基于新流动沸腾传热关联式的微通道平行流蒸发器数值模型

提出了一种基于新流动沸腾传热关联式的微通道平行流蒸发器数值模型,并与文献中的实验数据进行对比,以验证微通道平行流蒸发器数值模型的正确性.其中,在制冷剂流量为34.6~245.6kg/h,蒸发压力为200~500kPa的条件下,分析了4种流动沸腾传热关联式对所提出的数值模型的影响.结果表明,在所采用的99%的实验数据下,新流动沸腾传热关联式的预测误差在±30%范围内.与此同时,采用所提出的微通道平行流蒸发器数值模型预测微通道平行流蒸发器的制冷量、制冷剂过热度、空气侧和制冷剂侧压降所产生的平均绝对误差分别为1.5%、18.8%、14.2%和19.8%.     

微通道平行流蒸发器仿真模型

对微通道平行流蒸发器建立了分布参数模型,将蒸发器的控制单元分成干湿工况,采用效率传热单元数（ε-NTU）法对单元体的换热量进行计算.比较了不同的两相流传热关联式,并对蒸发器模型进行了实验验证.结果表明,使用Kandlikar的两相流换热关联式时换热量误差最小,平均误差为3.64%.模型计算的空气侧压降及制冷机侧压降计算误差分别在±10%和±15%以内,为平行流蒸发器的设计及优化提供了有效的分析方法.
     

析湿工况下亲水层对开缝翅片管换热器空气侧换热压降特性影响分析

对附带亲水层和没有附带亲水层的开缝翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究,分析了亲水层对空气侧换热和压降特性的影响.实验结果表明:析湿工况下亲水层使翅片管换热器空气侧的换热特性减弱,风速和翅片间距越小时,减弱程度越强;对于相同结构参数没有亲水处理过的翅片,亲水处理过翅片的空气侧换热系数降低的最大值可达到25.4%;亲水层对降低空气侧的压降则有显著作用,降低的最大值可达到51%;附带亲水层与未附带亲水层开缝翅片管换热器析湿工况下,空气侧换热系数比和压降比关联式的平均误差分别为5.6%和8.4%,在±15%误差范围内分别能涵盖93.4%和84.2%实验数据.     

微通道分离式热管换热特征的模拟研究

为了研究充液率和运行参数对微通道分离式热管性能的影响,建立了微通道分离式热管的稳态换热模型,并验证了模型的准确性,模拟和实验结果最大相对误差为7.9%.基于该模型分析了充液率、风量以及蒸发器和冷凝器之间高度差对制冷剂侧换热系数、空气侧压降、换热量和能效比等参数的影响.计算得出系统最佳充液率范围为80.2%~105.6%,相应的换热量为3.75~3.90kW.制冷剂侧换热系数随着充液率的增加先增大后减小,系统压力随充液率增加而增大;同时当蒸发器侧风量由1 500m~3/h增加至5 000m~3/h时,系统换热量和EER分别增加了100.1%和92.5%;蒸发器和冷凝器高度差为2.4m的分离式热管比高度差为1.2m的分离式热管的平均换热量提高了9.18%.研究结果对微通道分离式热管的节能设计和运行控制有一定的参考价值.     

制冷剂侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热与流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,将模型计算值与其实验结果对比验证了模型的正确性.同时,利用所建立的模型研究了扁管孔数、扁管内孔高宽比、流程布置、各流程间扁管数分配方式等参数对平行流冷凝器传热和流动性能的影响.结果表明:随着扁管孔数的增多,换热量逐渐增大,制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降逐渐增大;随着扁管内孔高宽比的增大,换热量与制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降不变;随着流程数的增多,换热量与制冷剂侧压降逐渐增大;当流程数一定时,各流程间扁管数的分配宜从第1流程向后依次递减,其递减速率逐渐减小,且过冷区的扁管数不宜过少.     

车用散热器百叶窗布置方式的数值模拟与分析

针对车用百叶窗翅片式散热器的传热和流阻特性,采用数值模拟计算方法对百叶窗对称布置和非对称布置2种方式的散热器进行了研究分析,通过计算百叶窗翅片空气侧的传热量、传热因子和压降,以及散热器综合性能评价因子,获得了综合性能较优的百叶窗布置形式.结果表明,在相同的进出口边界和给定的几何参数条件下,对称布置的百叶窗翅片具有较高的传热性能,但流阻性能较差.当空气入口速度为5.58,m/s时,与非对称形式相比,对称布置时的传热量提高了14.7%,压降却增加了29.3%;在不同的空气入口速度条件下,对称布置时百叶窗翅片具有较高的散热器综合性能评价因子,因此,百叶窗对称布置时散热器综合性能较好.     

车用百叶窗翅片式热交换器空气侧性能的CFD研究

应用FLUENT软件对一种典型的汽车百叶窗翅片式热交换器空气侧的流场、压力场和温度场进行了CFD研究,分析了不同结构参数对翅片换热和流动性能的影响.与试验结果相比,CFD分析的空气侧换热系数的平均误差小于7%,压降的平均误差小于4%,计算精度远远高于经验公式的计算结果.该CFD模型可直接用于工程设计.     

交错百叶折流板管壳式换热器性能分析

针对传统弓形折流板换热器壳侧压降大的问题,提出交错百叶折流板管壳式换热器,通过三维数值模拟,对不同周期下的交错百叶折流板管壳式换热器性能进行研究,获得壳侧流场、温度场的换热和阻力性能.结果表明:与传统弓形折流板换热器相比,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧形成了较好的螺旋状流动,温度场分布均匀;在相同的质量流量下,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧压降显著降低,单位压降的传热系数最高提高110.51%,综合性能大幅提高.     

错齿翅片的传热与阻力性能试验

对9种不同结构参数的错齿翅片进行传热和流动阻力性能试验,分析比较翅片的间距、高度和节距等结构参数对其传热因子和阻力性能的影响.同时,利用场协同原理揭示错齿翅片强化传热的机理,并采用单位面积泵功率的评价方法,比较9种翅片的强化传热效果.结果表明,错齿翅片的节距和长度对其热工性能影响最为显著.     

平行流冷凝器空气侧结构参数研究及优化

用正交实验法设计了平行流冷凝器空气侧数值模拟的结构方案,对车用空调冷凝器的风速范围进行流动换热计算.在此基础上,应用田口法分析翅片高度、百叶窗转向区长度、翅片间距、翅片宽度、百叶窗间距和百叶窗角度六个结构因素对空气侧传热和流动影响的重要性,得到空气侧最优参数组合.结果表明:翅片宽度是传热因子主要影响因素,翅片间距则对摩擦因子影响最大;翅片间距、百叶窗角度和百叶窗间距对平行流冷凝器空气侧综合性能影响起主要作用;在雷诺数600~1 400范围内,优化分析得到的最佳参数组合的平行流换热器空气侧综合性能提升了4.03%~11.09%.     

新型开窗翅片板翅换热器热工性能试验

对9种不同结构参数的新型开窗翅片进行传热和流动阻力性能试验.在此基础上,给出传热因子和摩擦因子随雷诺数的变化曲线,并比较翅片间距和翅片长度等结构参数对其表面换热和阻力性能的影响.同时,利用单位传热面积泵功率和面积优化因子分析比较各翅片的综合强化传热效果.试验结果表明,新型开窗翅片的翅片间距对表面传热因子和阻力性能影响较为显著.     

进风条件对平行流冷凝器性能的影响

以平行流冷凝器为研究对象,采用考虑制冷剂侧流量分配的数学模型,研究了几种实际进风条件对冷凝器性能及制冷剂侧流量分配特性的影响,这些进风条件包括:前端遮挡、前置设置散热器和单双冷却风扇单双配备共三类.研究发现:在50%遮挡率下,中间遮挡方式对冷凝器的性能衰减最多,换热量减少了47.9%,压降增加了335.5%;不同遮挡方式对制冷剂侧流量分配有不同的影响,格栅遮挡造成的制冷剂侧流量分配不均匀程度最大.前置散热器造成的局部进风速度降低与温度升高可导致冷凝器换热量减少24.1%,压降增加80%,前置散热器只对第二流程的制冷剂侧流量分配不均匀程度有明显的影响.总风量不变时,单、双风扇情况下的进风不均匀对整体换热与压降的影响不明显,但是各个流程制冷剂侧流量分配不均匀程度都有明显增加.     

基于正交试验和Fluent的管翅式换热器结构优化

通过正交试验和数值模拟相结合的方法研究平直翅片管式换热器的换热和流阻特性,以换热系数和压降作为评价指标,用逐个分析各参数对换热和流阻特性的影响以及综合换热评价指标两种评价方法实现对换热器风机风量、翅片间距、厚度和管横纵向间距的优化。结果表明：翅片间距对压降影响最大,管纵向间距对空气侧换热系数影响最大;一种优化组合为风机风量1 450 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm和纵向间距15 mm,另一种优化组合为风机风量1 700 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm、纵向间距21 mm;使用优化换热器的冰淇淋机的换热能力比原设备分别提高了5.73%和6.85%。