表冷器傳熱系數(shù)K的數(shù)值分析與研究（可編輯）

1、表冷器傳熱系數(shù)k的數(shù)值分析與研究 同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文表冷器傳熱系數(shù)k的數(shù)值分析與研究姓名:許金鋒申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)與空調(diào)工程指導(dǎo)教師:張恩澤2000.12.1摘要一氣、目前在空調(diào)工程中廣泛使用表冷器,表冷器的熱工性能的差別主要體現(xiàn)在其、傳熱系數(shù)正百麗對表冷器的研究主要是通過實(shí)驗(yàn)的方法測出不同工況下的值,然后回歸出經(jīng)驗(yàn)公式。本論文主要對當(dāng)前空調(diào)工程中廣泛使用的水冷式表冷器的傳熱系數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析和研究。本文首先對翅片管在干、濕工況下的熱質(zhì)交換過程進(jìn)行了理論分析.對翅片部分按工況的不同分為干工況、濕工況和部分濕工況。然后以平真翅片表冷器為研究對象建立了表冷器的數(shù)學(xué)模型.將整

2、個(gè)表冷器考慮為空氣與水的真正逆流換熱,沿空氣流動方向劃分為很多個(gè)控制體單元,在假設(shè)了水出口溫度和空氣進(jìn)口處的盤管表面溫度后,編制了計(jì)算機(jī)程序按順序?qū)γ總€(gè)單元進(jìn)行迭代計(jì)算,并將計(jì)算值同測試結(jié)果進(jìn)行比較。而后在此基礎(chǔ)上加以修正對常用的波紋片表冷器進(jìn)行計(jì)算,并同樣將計(jì)算值同測試結(jié)果進(jìn)行比較。最后分析了兩者之間產(chǎn)生差別的原因,并分析討沱了表冷器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對其性能的影響。關(guān)鍵詞:表冷器,傳熱系數(shù),數(shù)值分析, . . . . .,?,?. .,. .? , ., .,:第一章緒論第一章、緒論概述在空調(diào)工程中廣泛使用表冷器。表冷器以冷水和冷劑為冷媒,本課題主要以以冷水為冷媒的表面冷卻器為研究對象。

3、表面式冷卻器具有結(jié)構(gòu)緊湊、水系統(tǒng)簡單、水系統(tǒng)阻力小等優(yōu)點(diǎn),而且在運(yùn)行過程中水與空氣不直接接觸,故對水質(zhì)無衛(wèi)生要求。在處理相同空氣量時(shí)能實(shí)現(xiàn)較大的空氣焓降和較高的溫升,從而節(jié)約水量。該設(shè)備由專門工廠定型生產(chǎn),而且選擇方便、安裝簡單,所以廣泛應(yīng)用于空調(diào)工程中。一、表冷器的構(gòu)造和類型一黼一渺六眵一囂懈躺幽 圖表面式換熱器有光管式和肋管式兩種,光管式表面換熱器由于傳熱效率低已經(jīng)很少應(yīng)用。如圖卜所示,肋管式表面換熱器主要有肋管、聯(lián)箱和護(hù)板組成,冷媒進(jìn)入聯(lián)箱后均勻的流過肋管,然后匯集入聯(lián)箱流出,空氣則在肋管外流過,根據(jù)處理空氣的要求不同,可選用不同的肋管排數(shù),根據(jù)水溫升的要求和吸收熱量的不同,聯(lián)箱和肋管可

4、有不同的連接方法常用的表面式換熟器主要有以下兩大類型:、圓形肋管束在管子外加圓形肋片,根據(jù)加工工藝的不同,又有以下幾種圓形肋管,如圖卜中所示。繞片型。將金屬帶繞制在管子上,片型有皺褶形、形和光滑片。皺褶形肋可增加傳熱面積和增強(qiáng)空氣擾動,且繞制后的肋管經(jīng)搪錫或鋅處理,可增強(qiáng)肋片和管子的接觸程度,所以此類換熱器具有較高的傳熱效果,對于光滑肋第一章緒論片,則具有較小的空氣阻力。鑲片型。將金屬帶繞在有螺旋形槽管子的槽內(nèi),再經(jīng)擠壓使金屬帶緊密的鑲嵌在槽內(nèi)。軋片型。用專門的軋管機(jī)直接將管予軋制成圓形肋片管。由于肋片和管子問無接觸熱阻.所以具有較好的傳熱效果。、整體穿片型在肋片上事先沖好相應(yīng)的孔,然后將肋片

5、與管子串在一起,經(jīng)對管子進(jìn)行機(jī)械或液壓擴(kuò)管使其與肋片緊密結(jié)合。霸肋片形式有平片、褶皺片及條縫片等形式,如圖所示。排片皓椅這類換熱器與圓形肋管泛渤硒一、一,、/,換熱器相比,具有結(jié)構(gòu)緊湊、在相同排數(shù)和相同迎風(fēng)面積的條件下,有較大的傳熱面噩逸,二怒積、傳熱效果好、空氣阻力小、耗用材料省和加工工藝先進(jìn)窳麗等優(yōu)點(diǎn)。尤其使用專門模具加:扭曲血忻鞠工肋片實(shí)現(xiàn)肋片穿孔的二次翻邊,如圖卜,保證了肋 圖卜片的問距和肋片與管子的接觸程度,進(jìn)一步增強(qiáng)了傳熱效果。串片管生產(chǎn)的機(jī)械化程度可以很高.現(xiàn)在大批銅管鋁片的表面式換熱器均用此法生產(chǎn),因此在空調(diào)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。表面冷卻器垂直安裝時(shí).應(yīng)使肋片垂直,以利凝結(jié)水

6、從肋片上順利排出,且在下部設(shè)置滴水盤和排水管,按空氣流動方向來說,表面式冷卻器可以并聯(lián),也可以串聯(lián)或者既有串聯(lián)又有并聯(lián)。到底采用什么樣的組合方式,應(yīng)按通過空氣量的多少和需要的換熱量大小來決定,一般是通過空氣量大時(shí)采用并聯(lián)。需要空氣溫降大時(shí)采用串聯(lián)。相對于空氣來說并聯(lián)的表面冷卻器其冷媒管路也應(yīng)并聯(lián),串聯(lián)的表面冷卻器其冷媒管路也應(yīng)串聯(lián)。管路串聯(lián)可以增加水流速,有利于水力工況的穩(wěn)定和提高傳熱系數(shù),但是系統(tǒng)阻力有所增加,為了使冷媒與空氣之間有較大溫差,一般讓空氣與冷媒之間按逆交叉型流動,即進(jìn)水管路與空氣出口位于同一測,出水管路與空氣進(jìn)口位于同一側(cè)。第一章緒論二、表面冷卻器的熱濕交換及其計(jì)算方法表面冷卻

7、器的熱濕交換冷卻介質(zhì)和空氣之間的影響因素包括:、兩種流體之間的溫差。、表冷器的構(gòu)造型式。、空氣的流速及其入口參數(shù)。、冷卻介質(zhì)的流速及其入口參數(shù)。根據(jù)一標(biāo)準(zhǔn).表面冷卻器兩種流體的進(jìn)口參數(shù)大致在如下范圍:.?.進(jìn)口空氣干球溫度:.?.進(jìn)口空氣濕球溫度:空氣迎面風(fēng)速: .?./有時(shí)可低至./,高至./冷水進(jìn)口溫度:.一.水流速:.?.表面式冷卻器的熱濕交換是在主體空氣與緊貼表冷器的邊界層空氣之問的溫差和水蒸汽壓力差作用下進(jìn)行的,根據(jù)主體空氣與邊界層空氣的參數(shù)不同,表面冷卻器可以實(shí)現(xiàn)兩種空氣處理過程:當(dāng)邊界層空氣溫度雖低于主體空氣溫度,但尚高于其露點(diǎn)溫度時(shí)將發(fā)生等濕冷卻過程或稱干冷過程干工況:當(dāng)邊界層

8、空氣低于主體空氣的露點(diǎn)溫度時(shí),將發(fā)生堿濕冷卻過程或稱濕冷過程濕工況。由于在等濕冷卻過程中,主體空氣和邊界層空氣之間只有溫差,而并無水蒸氣分壓力差,所以只有顯熱交換發(fā)生,而在減濕冷卻過程中,由于邊界層空氣與主體空氣之間不但存在溫差.也存在水蒸氣分壓力差,所以通過表面冷卻器表面不但有顯熱交換,而且還伴隨著濕交換的潛熱交換。由此可知,濕工況下的表冷器比千工況下有更大的熱交換能力,或者說對同一臺表面冷卻器而言,在被處理的空氣干球溫度和水溫保持不變時(shí).空氣濕球溫度愈高,表面冷卻器的冷卻減濕能力愈大。對于減濕冷卻過程,由于外表面溫度低于空氣露點(diǎn)溫度,在穩(wěn)定工況下,可咀認(rèn)為,在整個(gè)外壁面上形成一層冷凝水膜,

9、且水膜保持一定厚度,多余的冷凝水不斷的從換熱面流走。冷凝過程中放出的凝結(jié)熱使水膜溫度略高于壁表面溫度,然而由于水膜溫升及膜層熱阻影響較小,計(jì)算時(shí)可認(rèn)為緊貼冷凝水膜的飽和空氣邊界層溫度及水蒸氣分壓力與不存在水膜時(shí)一樣。由傳熱學(xué)可知,換熱器的換熱量可寫為:卜式中:一傳熱系數(shù),/?;卜傳熱面積,;廣對數(shù)平均溫差,;第一章緒論當(dāng)表面冷卻器的尺寸及換熱介質(zhì)的溫度給定時(shí),表冷器的熱交換能力主要取決于傳熱系數(shù)的大小.傳熱系數(shù)是衡量表面冷卻器熱工性能的主要指標(biāo).如果不考慮其它附加熱阻,表面冷卻器的傳熱系數(shù)常以阻下形式束表示:卜:一.一十墮三,/.瑾/式中:。.一內(nèi)外表面的換熱系數(shù),/?;一管壁厚度,:一管壁導(dǎo)

10、熱系數(shù),/?:?肋化系數(shù),只:。一單位管長肋管的內(nèi)、外表面積,:一析濕系數(shù),其定義式為:孝?與?土,下標(biāo)表示空氣的 ?！尽恳怀鯛顟B(tài),為空氣終狀態(tài).。為空氣的定壓比熱,的大小直接反映在減濕冷卻過程中。它反映了凝結(jié)水析出的程度,又反映由于濕交換存在使得傳熱量增大的程度,可以認(rèn)為當(dāng)表冷器表面上出現(xiàn)凝結(jié)水時(shí),外表面換熱系數(shù)比只有潛熱傳遞時(shí)增大了倍,顯然,對于等濕冷卻過程,。由式.和一可見,當(dāng)表面冷卻器的結(jié)構(gòu)型式一定時(shí).等濕冷卻過程的值只與空氣側(cè)和冷媒側(cè)的表面熱交換系數(shù)。和,有關(guān),而減濕冷卻過程的值除與.和,有關(guān)外,還與過程的析濕系數(shù)有關(guān)。由于。與,一般是水和空氣流動狀況的函數(shù),因此,在實(shí)際工作中往往把

11、表面冷卻器的傳熱系數(shù)整理成以下形式的經(jīng)驗(yàn)式:?:?一上,/:.【一心”?！笔街?一空氣迎面風(fēng)速,/;表冷器管內(nèi)水流速。:,一由實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)和指數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中多采用定常的實(shí)驗(yàn)方法,即在若干個(gè)自變量中,固定某些量,只變一個(gè)量,求出函數(shù)與此自變量的關(guān)系,這樣直到求出所有自變量與函數(shù)的關(guān)系。具體來說就是分別固定進(jìn)口水溫、迎面風(fēng)速、進(jìn)口干濕球溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),先分別得到與迎面風(fēng)速。,管內(nèi)水流速。和析濕系數(shù)掌的關(guān)系后再整理出的經(jīng)驗(yàn)?一?一箱一章緒論公式。目前國內(nèi)外尤其是國內(nèi)對于表面冷卻器的研究仍以實(shí)驗(yàn)方法居多,近年來,計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展,使得大量的數(shù)值運(yùn)算工作可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行,使得以前很難進(jìn)行的工

12、作在計(jì)算機(jī)的幫助下成為可能,其主要優(yōu)點(diǎn)是:能以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)問預(yù)示出有實(shí)用意義的結(jié)果。各種工程技術(shù)的應(yīng)用過程都可以抽象為信息變換過程,信息的處理和變換是計(jì)算機(jī)的突出功能。因此,電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展到了工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)應(yīng)用于空調(diào)制冷領(lǐng)域最先始于六十年代后期,計(jì)算機(jī)的廣泛使用使傳統(tǒng)的工程方法經(jīng)歷了深刻的變化,其主要特點(diǎn)為:、加強(qiáng)了對過程的研究和分析.即逐步以動態(tài)分析方法取代傳統(tǒng)的靜態(tài)分析方法,使間題的解決更加精確化。,最優(yōu)化方法的廣泛應(yīng)用,包括最優(yōu)化設(shè)計(jì)和最佳工況調(diào)節(jié)和控制等。、用系統(tǒng)和過程的數(shù)學(xué)模擬方法逐步取代部分實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法,可以節(jié)省大量人力物力。、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖

13、、資料檢索等應(yīng)用.大大加快了工程進(jìn)度,提高了工作效率。對于表面冷卻器來說,其各部分的溫濕度、肋片溫度分布、管壁溫度、冷凍水溫度、干度、顯熱及潛熱換熱量等一些參數(shù).在目前的實(shí)驗(yàn)條件下有很多是難以測量的,但利用數(shù)學(xué)模擬方法,可做些預(yù)測和分析工作,這就為全面、細(xì)致和深入的研究表冷器的熱工性能提供了新途徑。計(jì)算機(jī)方法的一般模式是:匡薹西亙卜哐垂基匿虱一匿垂五亙至薹爭匾蔓基雯團(tuán)一廷匠囝一吐算數(shù)據(jù)整刪一睇驗(yàn)驗(yàn)證在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)模擬時(shí),其根本性工作就是建立系統(tǒng)或設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的可靠性取決于所建立的數(shù)學(xué)模型的合理性。國內(nèi)外研究文獻(xiàn)綜述關(guān)于表冷器的研究幾十年來國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究工作,但鑒于

14、表冷器在運(yùn)行時(shí)尤其是濕工況時(shí)熱質(zhì)傳遞的復(fù)雜性,在已進(jìn)行的大量研究中,主要以實(shí)驗(yàn)研究.或者以半經(jīng)驗(yàn)方法為主。而研究的主要內(nèi)容集中再在于管外側(cè)翅片部分的傳熱及如何處理熱質(zhì)交換同時(shí)發(fā)生時(shí)如何解得翅片的溫度分布從而進(jìn)一第一章緒論步求得顯熱量和潛熱量。在現(xiàn)存的許多關(guān)于表面冷卻器的的冷卻去濕過程模型中,最早的是半個(gè)多世紀(jì)之前的和模型,這個(gè)模型提出了關(guān)于表面冷卻器強(qiáng)制對流換熱的關(guān)聯(lián)式,這個(gè)關(guān)聯(lián)式后來得到了廣泛的應(yīng)用,為表冷器的熱濕交換研究打下丁基礎(chǔ),這個(gè)關(guān)聯(lián)式為:“產(chǎn)意式中:一質(zhì)量流量,/?一換熱系數(shù),/?;一定壓比熱,/?;普朗特?cái)?shù);對某一特定的表面冷卻器,是雷諾數(shù)的函數(shù)。和提出顯熱傳遞的因子可以同質(zhì)傳遞

15、聯(lián)系起來,質(zhì)傳遞的因子可以表示為:【引妒”式中:一傳質(zhì)系數(shù),?:一施米特?cái)?shù);/。:運(yùn)動粘度。/,:擴(kuò)散系數(shù),/:對于很多情況來說,可以認(rèn)為:/“.對于分析濕工況時(shí)的表冷器來說。式的優(yōu)點(diǎn)在于可以很容易的把熱傳遞的數(shù)據(jù)應(yīng)用于質(zhì)傳遞。,是第一個(gè)提出盤管特性概念的學(xué)者.他的關(guān)于冷卻去濕盤管性能的評價(jià)方法主要以經(jīng)驗(yàn)為主,假設(shè)表面冷卻器在濕工況運(yùn)行時(shí)的空氣側(cè)換熱系數(shù)與干工況相同,而且他指出濕工況時(shí)能量傳遞的驅(qū)動力為焓差。和.,對的研究工作進(jìn)行了改進(jìn)。通過求解同時(shí)發(fā)生的熱質(zhì)傳遞方程預(yù)測了冷卻去濕盤管的冷卻和減濕性能,他給出了在表面冷卻器結(jié)構(gòu)型式一定時(shí),在已知進(jìn)口空氣和冷水進(jìn)口狀態(tài)的情況下,預(yù)測表面冷卻器出口

16、空氣焓值的一個(gè)聯(lián)合解析式在全濕工況下:第一章緒論,“?,:立二生:蘭粵:二坐蘭一?習(xí)?一其中哺”剿莉、一,.:竺墜嬰。七式中:.一,。廠進(jìn)出濕空氣的焓;.一飽和空氣焓;,一進(jìn)出口水溫;,。一進(jìn)出口傳熱單元數(shù)。,。一濕空氣、水的定壓比熱。進(jìn)一步,對于全濕工況有:;一;.:羔止旦。.了。. .式卜可以用來計(jì)算空氣的出口狀態(tài),但應(yīng)注意的是因?yàn)樗某隹跍囟炔恢?所以在計(jì)算之前應(yīng)預(yù)先假設(shè)一個(gè)出口水溫而后通過迭代計(jì)算一步步修正假設(shè)溫度來得到最后的結(jié)果,和的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同的理論計(jì)算結(jié)果吻合的比較好。目前應(yīng)用比較廣泛的是由.所推薦使用的熱濕傳遞模型,該模型使用焓差作為唯一的驅(qū)動力來計(jì)算表面冷卻器表面的熱傳遞,它

17、的缺點(diǎn)在于分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)無法獨(dú)立確定熱交換系數(shù)和質(zhì)交換系數(shù)。提出了一個(gè)簡單的雙驅(qū)動力方法,這個(gè)方法可獨(dú)立的確定熱交換系數(shù)和質(zhì)交換系數(shù)。的模型中使用的兩個(gè)驅(qū)動力為溫差推動顯熱交換和濕差推動潛熱交換,模型的各部分已被和,等,和等用來從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中導(dǎo)出了熱交換系數(shù)和質(zhì)交換系數(shù)。對于微元面積,當(dāng)濕空氣被冷卻和減濕時(shí),在此過程中的總的熱交換量可寫為:.由。,。一,口。瓴一 。也一。,泐式中:。,。?濕空氣和飽和空氣的濕度;/第一章緒論,。一水蒸氣和水的焓值,/;一飽和邊界層的溫度.也即盤管表面溫度,:式.中第一項(xiàng)代表顯熱傳熱量,第二項(xiàng)代表水蒸氣被冷卻和降溫時(shí)所需要的總熱量,第二項(xiàng)中的焓差一“常用蒸發(fā)潛熱幢

18、來代替,于是式一可重新寫為:.由。,。一。一口,庸式中:水蒸氣的蒸發(fā)潛熱,/。如果熱交換系數(shù)。和質(zhì)交換系數(shù)。已知的話,那么上式可以用來計(jì)算對一個(gè)表面的傳熱量.但實(shí)際上幾乎沒有可以利用的關(guān)系式來確定質(zhì)交換系數(shù),因此有必要把兩個(gè)交換系數(shù)關(guān)聯(lián)起來,如下的熱質(zhì)交換類比式和,可以應(yīng)用:%若此處,為劉易斯數(shù),為營朗特?cái)?shù)指數(shù),這個(gè)關(guān)聯(lián)式被廣泛的用來確定。及 的關(guān)系.現(xiàn)在式?可以寫為:?由卜,十參”峨幽?推薦的焙驅(qū)動力方法可由上式推出經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理,式可重新寫為:四由毒”簪一,鯉乙在小溫度范圍內(nèi),空氣的焙值可由下式得到:,。珊。船聯(lián)合式及可得到:導(dǎo)一白。一一.物。上式括號中的第二項(xiàng)約占總數(shù)的%到%,舍去這

19、一項(xiàng)可以得到對凝結(jié)表面的焓驅(qū)動力方法:一由旦也一,.口和利用上式作為起點(diǎn),導(dǎo)出了現(xiàn)今被廣泛用來計(jì)算第一章緒論冷卻盤管性能的對數(shù)平均焓方法。的模型用下式來計(jì)算顯熱量:.,式中:.足甚圳.矗.虬。磋掣一總的翅片效率,恥一管壁熱阻,?。/,。一空氣的進(jìn)出口溫度,。.,廣一水的進(jìn)出口溫度,。,一空氣側(cè)和水側(cè)的對流換熱系數(shù),/?:潛熱量通過下式計(jì)算:式中:.峴鬻。,。.廣一空氣的入及飽和邊界層濕度,。.空氣的出口及飽和邊界層濕度,/,式的微分形式為:由。一.腳應(yīng)該指出的是式和只有在水側(cè)熱阻相對于空氣側(cè)熱阻來說比較小時(shí)才是合理的,對于一般情況來說,表冷器的水流速在./以上.此時(shí)水側(cè)熱阻所占的比例是比較小的

20、。對于光管部分來說,式.的微分形式此時(shí)需舍去表冷器的翅片效率可寫為:由,口婦。,胡由熱質(zhì)傳遞類比.,可將式.重新寫為:第一章緒論由,:摯魯。一眠脅總的傳熱量為:。對濕表面來說,為了解得翅片表面的溫度分布既而求得傳熱量需要在溫度和濕空氣的某個(gè)參數(shù),如:絕對濕度。焓等之間做一個(gè)線性關(guān)系的假設(shè),這個(gè)假設(shè)保證了描述翅片熱傳遞方程能夠得以解出,各個(gè)模型之間的區(qū)別也就在于所做的假設(shè)的不同。.建議的模型定義了如下關(guān)系:.;:.?式中:.。一空氣的濕球溫度.,廣翅片表面飽和空氣層的溫度,。.廣翅片表面飽和空氣層的焓,/,對于翅片表面的微元面積.式.可寫為:由譬,婦?？诤徒ㄗh用”來估算,”為表冷器翅片表面飽和焓

21、溫度曲線在表面平均溫度處的斜率:。;生,圖如圖卜示出了卅及的直觀表示,使用”的好處在于不需要再參照自由第一章緒論氣流的狀態(tài),引進(jìn)了,”后,方程?可重新寫為:而:譬一.,山對于一平直翅片來說,當(dāng)濕空氣被強(qiáng)制對流掠過翅片表面時(shí),如果忽略翅片頂端的傳熱,即認(rèn)為翅片頂端是絕熱的,同時(shí)熱流只在翅片的延伸方向發(fā)生,即認(rèn)為傳熱是一維的,同時(shí)認(rèn)為翅片的厚度與其長度相比來說很小,此時(shí)翅片的溫度分布的控制方程為:也:?瓦帥一,。式中:一翅片的周長,一翅片材料的導(dǎo)熱率,/.世,。一翅片的截面積,的模型采用式來計(jì)算翅片的傳熱.對于一個(gè)濕工況的翅片,其溫度分布的控制方程為:九,他。窘一篇一麗為了得到上述方程的解析解.假

22、定了如下參數(shù)關(guān)系,將其定義為凝結(jié)因子:生:生,于是式.可寫為:警圳。式中:興乓, ?！苯ㄗh假定在整個(gè)翅片表面高度上式不變的,并且在計(jì)算中令其等于翅片根部的值,即:?:;鱧第一章緒論然而在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn),的值在翅片根部到頂端的變化率最大可以達(dá)到%,因此有的學(xué)者建議的值耿翅片根部和頂端兩個(gè)值的算術(shù)平均值更為合理,因此的值為:?。,.,式中:竺二些。?。,.,一翅片斷部表面邊界層空氣的濕度,/,.一翅片頂端的溫度.此外,.等人發(fā)展建立了翅片表面結(jié)露和結(jié)霜情況的蒸發(fā)器模型,臺灣工業(yè)技術(shù)研究所的.等人對表冷器的性能也進(jìn)行了大量的研究,并著重分析了濕工況與干工況時(shí)表冷器性能的差別,還分析了表冷器各結(jié)構(gòu)參數(shù)

23、對不同工況下性能的影響。本課題的主要工作本課題研究的主要目的在于對目前空調(diào)工程中廣泛使用的水冷式翅片管表面冷卻器的熱工性能進(jìn)行數(shù)值分析和研究,鑒于表冷器尤其是管外空氣側(cè)熱質(zhì)交換的復(fù)雜性,本課題首先對比較簡單的平直翅片表冷器為起點(diǎn)進(jìn)行研究,建立數(shù)學(xué)模型,然后在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)再對空調(diào)工程中常用的波紋片型表冷器進(jìn)行研究分析,本課題的主要工作包括:一表冷器文獻(xiàn)資料的收集查閱和分析.尤其對.模型和給出的表冷器的數(shù)學(xué)模型和分析研究方法進(jìn)行了分析,并給出了國內(nèi)外研究的文獻(xiàn)綜述。二對平直翅片表冷器的熱質(zhì)交換進(jìn)行理論分析,在對翅片進(jìn)行熱質(zhì)交換分析時(shí),對平套片和圓翅片在進(jìn)行幾何簡化后使用相應(yīng)的當(dāng)量長度使得有可能

24、用分析平翅片的方法來分析翅片的熱質(zhì)交換。在分析翅片的熱質(zhì)交換時(shí)區(qū)分不同的工況求得翅片的溫度分布,在有質(zhì)交換發(fā)生時(shí),引入了聯(lián)系溫度和絕對濕度的數(shù)使得可以求解翅片的控制方程,同時(shí)還使用了熱質(zhì)交換類比使得質(zhì)交換系數(shù)可以用顯熱交換系數(shù)來替代。在對部分凝結(jié)的翅片進(jìn)行分析時(shí),需要通過插值迭代求得翅片的凝結(jié)高度。對空氣側(cè)換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了分析比較,對水側(cè)的換第一章緒論熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式分析時(shí)考慮了低水速時(shí)的情況,同時(shí)還對不同工況下的翅片效率進(jìn)行了分析計(jì)算。三在對整個(gè)表冷器進(jìn)行了一定范圍內(nèi)的簡化的基礎(chǔ)上,建立了表冷器的數(shù)學(xué)模型,即將整個(gè)表冷器考慮為空氣和水的真正逆流換熱,并將表冷器沿空氣流動方向劃分為很多個(gè)單元

25、控制體,在假設(shè)水出口溫度后,按順序?qū)γ總€(gè)控制體根據(jù)工況計(jì)算顯熱、潛熱傳遞量和翅片效率,在空氣入口處首先假設(shè)盤管表面溫度,然后根據(jù)算得的換熱量使用從水側(cè)到外管壁側(cè)的熱阻網(wǎng)絡(luò)法修正表面溫度,當(dāng)計(jì)算完所有單元后根據(jù)水的進(jìn)口溫度修正假設(shè)的出口水溫直到達(dá)到所允許的精度為止。四編制為求解所建立的數(shù)學(xué)模型所需要的計(jì)算機(jī)程序,在輸入表冷器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、空氣和水的進(jìn)口狀態(tài)參數(shù)、空氣和水的流量后,可以計(jì)算出描述表冷器熱工性能的相關(guān)參數(shù)。五對所建立的平片型表冷器數(shù)學(xué)模型加以修正使其適用于波紋片型表冷器,并分別對平片型和波紋片型表冷器進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn),把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同計(jì)算機(jī)程序模擬的結(jié)果進(jìn)行分析比較.證明所建立的表冷器數(shù)學(xué)模

26、型的合理性.并且對兩者之間產(chǎn)生差別的原因進(jìn)行分析討論。六對表冷器的性能有較大影響的片問距、排間距、管徑和排數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù),分析它們的變化對表冷囂的性能的影響,并對產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析和討論。第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)本章將通過對表冷器空氣處理過程的分析研究,討論不同工況下的表冷器光管及翅片的傳熱和傳質(zhì)特性,得到翅片的溫度分布,從而求得顯熱和潛熱傳熱量及相應(yīng)的翅片效率,為表冷器數(shù)學(xué)模型的建立和求解打下理論基礎(chǔ)。?表冷器空氣處理特性及濕空氣性質(zhì)一、表冷器空氣處理特性表冷器屬于表面式空氣處理設(shè)備,這類設(shè)備的特點(diǎn)是:與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)不與空氣接觸.兩者之間的熱濕交換

27、是通過分隔壁面進(jìn)行的。根據(jù)熱濕交換介質(zhì)狀態(tài)的不同.壁面的空氣側(cè)可產(chǎn)生水膜濕工況,也可能不產(chǎn)生水膜干工況。圖. 圖如圖?所示。若盤管表面溫度,。比入口空氣的露點(diǎn)溫度“高,則空氣與盤管表面沒有濕交換,此時(shí)為顯熱冷卻,為干工況.空氣狀態(tài)變化如圖.中中垂直線.所示。對于一般的逆流式冷卻盤管,由于水與空氣逆向流動,可知越接近出口,表冷器的表面溫度,越低。當(dāng),與空氣露點(diǎn)溫度。相等點(diǎn)之后,空氣中的水蒸氣開始凝結(jié)于盤管表面,此時(shí)為濕工況,同時(shí)發(fā)生顯熱和潛熱交換,如圖中的.線,空氣被冷卻的同時(shí)被去濕,若在空氣的入口處盤管的表面溫度,即低于空氣的露點(diǎn)溫度,。.,則整個(gè)盤管都處于濕工況,若在空氣的第二章表冷器數(shù)學(xué)模

28、型的理論基礎(chǔ)出口處.盤管表面溫度。仍高于空氣露點(diǎn)溫度。,則整個(gè)盤管都為干工況空氣被等濕冷卻。表冷器的熱濕交換是在主體空氣與緊貼盤管外側(cè)表面的邊界層空氣之問的溫差和水蒸氣分壓力差之間進(jìn)行的.而溫差是熱交換的推動力,水蒸氣分/哐差是濕質(zhì)交換的推動力。質(zhì)交換有兩種基本形式:分子擴(kuò)散和紊流擴(kuò)散。分子擴(kuò)散是微觀分子運(yùn)動所引起的.它的機(jī)理類似于熱交換過程中的導(dǎo)熱作用。而紊流擴(kuò)散是由紊流脈動引起的,它的機(jī)理類似于熱交換過程的對流作用。由此可見,質(zhì)交換與熱交換的機(jī)理類似,所以在分析方法上和熱交換有共同之處.美國學(xué)者劉易斯對絕熱加濕過程熱交換和濕交換的相互影響進(jìn)行了研究.得出了重要結(jié)論:?口。旦,這就是著名的劉

29、易斯關(guān)系式,它表明對流熱交換系數(shù)與對流質(zhì)交換系數(shù)之比是一常數(shù),其值等于空氣的定壓比熱在空調(diào)工程中廣泛使用的麥凱爾方程為:蛔口【一/推出麥凱爾方程的基本依據(jù)是劉易斯比例關(guān)系.麥凱爾方程根據(jù)劉易斯的熱質(zhì)交換相似關(guān)系,把同時(shí)存在熱質(zhì)交換的復(fù)雜過程,統(tǒng)一用焙差來計(jì)算.它表明在熱質(zhì)交換同時(shí)進(jìn)行時(shí),如果符合劉易斯關(guān)系式的條件存在,則推動總熱交換的動力是焓差,因此總熱交換量與濕空氣的焓差有關(guān),或者院與主體空氣和邊界層空氣的濕球溫度差有關(guān)。有許多表面式空氣冷卻器的計(jì)算方法都是以劉易斯比例和麥凱爾方程為依據(jù)制定出來的。因此.劉易斯比例就成為一個(gè)很重要的影響因素。劉易斯比例是劉易斯根據(jù)對空氣絕熱加濕過程實(shí)驗(yàn)研究得

30、出的,后來才利用對流熱交換和對流質(zhì)交換相似關(guān)系推導(dǎo)出來,由不同的科學(xué)研究工作者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明劉易斯關(guān)系很適臺于紊流,但是對層流講,它與實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻并不那么吻合必需指出,在濕工況下表面式冷卻器的工作條件與上述劉易斯比例的使用條件是有出入的,首先空氣與表冷器之間的熱質(zhì)交換過程是一冷卻干燥過程,在這一過程中,顯熱流和潛熱流方向是相同的,而在絕熱加濕過程中,顯熱流和潛熱流方向是相同的,而在絕熱加濕過程中,顯熱流和潛熱流則是大小相等,方向相反。其次,空氣在肋片問通過時(shí),一般是處于層流狀態(tài)的。哈爾濱建筑大學(xué)高甫生教授的研究表明.對于實(shí)驗(yàn)條件下的單級工況來說.當(dāng)析濕系數(shù)在.范圍時(shí),劉易斯數(shù)從下降到.,且當(dāng)析濕

31、量較小時(shí)值較小時(shí),劉易斯數(shù)變化并不大,當(dāng)析濕系數(shù)時(shí),劉易斯數(shù).,所第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)以對于一般的表冷器實(shí)驗(yàn)工況來說.劉易斯數(shù)只是略小于.所以本論文在計(jì)算中取劉易斯數(shù)為.,其所引起的誤差不會太大。本文在進(jìn)行熱濕交換分析時(shí)仍使用上章提到的熱質(zhì)交換類比式和,:.驢南式中取/,劉易斯數(shù).。二、濕空氣有關(guān)參數(shù)的計(jì)算需要使用有關(guān)濕空氣參數(shù)濕空氣是干空氣與水蒸氣的混合物,在本課題中的計(jì)算方法如下:濕空氣的含溫量,.?只.以面才式中:一相對濕度,一濕空氣壓力。,一同溫度下飽和水蒸氣壓力,當(dāng)濕空氣處于飽和狀態(tài)時(shí),此時(shí):?.?。尸一只濕空氣中飽和水蒸氣壓力在實(shí)際計(jì)算中,飽和水蒸氣分壓力是一個(gè)比較重要的

32、參數(shù),在不同溫度下,飽和水蒸氣壓力也不同,以下為飽和水蒸氣壓力與濕空氣溫度之間的關(guān)系:蚺帆一媽媽均 口/,以丁式.中的適用范圍為.,的適用范圍為一。,式中的常數(shù)見下表:表一.一.一.一.印. ?.第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論據(jù)礎(chǔ)。一.露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度?？捎孟率絹碛?jì)算:。當(dāng)時(shí):.女。一.?.當(dāng)一時(shí):.一.式中:,只為水蒸氣分壓力。濕空氣的焓。干空氣和水蒸氣的比焓按如下公式計(jì)算:?屯.,/.。.,/可得濕空氣的焓為:.。.。., /空氣的粘度出于空氣的粘度在表冷器的空氣處理參數(shù)范圍內(nèi)有較大的變化,因此在模型計(jì)算中需在每個(gè)溫度下對粘度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下:.叩妒”?式中:一.一.一一.一.一一.一除

33、此之外,水的粘度的變化也比較大,在計(jì)算中如忽略不計(jì)可能會產(chǎn)生較大,誤差,在本模型計(jì)算中采用如下公式計(jì)算此粘度方程的適用范圍為壓力小于.整三皇塞堡矍塑堂堡型塑里鯊壁型./。盯卜, 一,玎。,壹妄。,丁卜/., /?】【.一 式中:一近似的表示臨界數(shù)值的常數(shù),為.:一近似的表示臨界數(shù)值的常數(shù),為./:.,.,.,一.式中常數(shù)列于表:表粘度方程中的常數(shù)”卜弋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .熱濕交換模型的理論基礎(chǔ)一、本模型所做的物理簡化及假設(shè)空氣:圈.如圖.給出了冷卻盤管冷熱流體流動的簡圖,現(xiàn)對圖中虛線框所圍成的控制體單元進(jìn)行熱質(zhì)交換方面的分析。鑒于表

34、拎器換熱情況豹復(fù)雜性尤其是管外第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)空氣側(cè),在保證模型不失真的情況下,為了便于建立和求解數(shù)學(xué)模型,現(xiàn)作如下簡化及假設(shè):翅片和管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)是均勻的。表冷器外側(cè)空氣是由于空氣和水蒸氣組成的混合物,干空氣和水蒸氣是理想氣體。肋片傳熱是穩(wěn)態(tài)的,而且肋片無內(nèi)熱源。空氣和水的熱濕交換效果良好,且忽略輻射影響。肋片的內(nèi)熱流是一維的,即只在肋片的伸展方向。整個(gè)翅片表面的換熱系數(shù)是均勻的。翅片頂部無傳熱,即認(rèn)為肋端是絕熱的。在存在濕交換時(shí),冷凝水因重力作用及時(shí)從盤管表面流走。由接觸熱阻和污垢熱阻引起的溫差忽略不計(jì)。當(dāng)表冷器盤管排數(shù)超過排時(shí),管外空氣與管內(nèi)空氣的流動可以認(rèn)為是逆流。對

35、于一般的表冷器運(yùn)行工況來說.空氣流動的雷諾數(shù)在范圍內(nèi),故氣流在翅片閫的流動屬層流流動,因此本模型認(rèn)為所有的熱量傳遞都是由空氣傳向盤管的第一、二次傳熱面,再通過管壁導(dǎo)熱傳向冷媒,并且由于肋片的問隔,認(rèn)為在管內(nèi)水流方向上空氣不產(chǎn)生混合.在與管內(nèi)水流方向和空氣流方向相垂直的方向上也只有少量混合,在計(jì)算時(shí)予以忽略。二、幾何簡化在本模型中,采用了如下兩個(gè)簡化:圖對于叉排排列的平套片管束,每根管周圍的六角形翅片的效率等于具有同樣面積的圓形翅片的面積,如圖所示,和證明了對于典型的冷卻盤管結(jié)構(gòu)。/。 ,為管子外徑,此假設(shè)所導(dǎo)致的誤差可以忽略小于.%。相應(yīng)的圓形翅片半徑為:第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)?恥爿式

36、中:,只一排問距和管間距,可以把求解平直翅片的解第二個(gè)近似為:只要使用適當(dāng)?shù)漠?dāng)量長度法用于環(huán)形翅片,實(shí)際計(jì)算中采用下式來計(jì)算:?”圭見卜,剴式中:.。一相應(yīng)的圓形翅片半徑,此時(shí)翅片周長可這樣計(jì)算:.? 尸:生三州翅片的橫截面積按下式計(jì)算:尉,爿?上 .甜式中:,一翅片表面積,卅,占?翅片厚度,三、熱濕交換模型的理論基礎(chǔ)在一和的模型中都假定了要么在翅片的任何部分都沒有凝結(jié)出現(xiàn)全干翅片.要么在翅片的整個(gè)長度范圍內(nèi)都有凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生全濕翅片。然而,實(shí)際上有可能只在翅片的一部分有凝結(jié)出現(xiàn),當(dāng)翅基溫度,。低于空氣露點(diǎn)溫度。,而翅端的溫度。高于空氣鼯點(diǎn)溫度時(shí),這種情況便會出現(xiàn)為了解出這樣的翅片的溫度分布同樣

37、還有翅片效率,需要同時(shí)求解翅片凝結(jié)部分和非凝結(jié)部分的方程。第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)圖如圖所示為一平直翅片的熱濕交換示意圖,在翅片管的熱濕交換計(jì)算中,翅片效率是一個(gè)很重要的參數(shù),當(dāng)熱流在翅片內(nèi)部流動時(shí),出于熱阻的影響,翅片溫度會發(fā)生變化,翅片效率表示翅片的實(shí)際傳熱量與整個(gè)翅片的溫度均為翹根溫度,時(shí)的傳熱量也即最大可能傳熱量之比,如下式:旦踹絕對溫度圖如.和的模型一樣,這里同樣要在空氣的參數(shù)之間做一個(gè)假設(shè)。把飽和線上翅基溫度,和翅端溫度門之間的部分線性化,這個(gè)假設(shè)生圖中表示為直線.,即存在如下關(guān)系:.竺:二竺生,?,篁三皇室堡罌塑堂堡型笪里堡塋塑可知在翅片的飽和邊界層的任一部位.溫度和相應(yīng)的

38、濕度關(guān)系可表示為?生二竺:,一,在實(shí)際計(jì)算中,可以近似的利用翅根處的溫度和絕對濕度之間的關(guān)系來計(jì)算數(shù).即:.:塑。,。由:竺:竺墜可得:?.沼,塑萬?. 嵋.。 南生 【一又由只,/以可得:只,豎:?？凇３??只.。甌/。,。,聯(lián)合以上三式可以得到數(shù)的計(jì)算式為:,。.尚執(zhí)/丁吼以/?式中:,.以下將對三種工況下的翅片熱質(zhì)傳遞和翅片效率進(jìn)行分析和計(jì)算:干工況,女。,:對于干工況.司對翅片葛出如方欄.“警篙。 出 .,”邊界條件為:.,.宰:三:方程.的解為:箋三童耋堡矍塾堂堡型盟堡堡堡型.,一“十式中:礦:旦墨。堡,正 ,占一生二。一:量“。?一“此時(shí),翅片的總傳熱量可從翅基部的溫度梯度計(jì)算:喝

39、等。將代入.可得:.,彳。一此時(shí)的最大可能傳熱量為:.一吒“,。積分計(jì)算可得:.。一。巨易可得干工況下的翅片效率為:。雖二生一?:.蕊麗濕工況.。,。:對于濕工況來說,可寫出如下方程:協(xié),魯一囂,吒一麗:如,飛。聯(lián)合式.及.經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理,可得到在全部凝結(jié)狀況下的描述翅片溫度分布的非齊次微分方程:魯,融警麗卜一也也。協(xié),邊界條件可寫為:?,”第二章 表冷器數(shù)學(xué)模型的理論礎(chǔ)?警。求解方程.可得如下翅片溫度分布:.?咄式中:“:生蘭墨。堡蘭盤,?！?,弘警,一一。;。.”.卅:。堡同樣可以根據(jù)翅基部的溫度梯度計(jì)算翅片的總傳熱量?,。易一而顯熱和潛熱量可通過如下積分求得:.。%,.札。%.白。一

40、.皿使用比例常數(shù)及熱質(zhì)交換類比式后,式.可重新寫為釓“。.一.%一吼一上.?積分?及.兩式后可得?,?？?。?尸.上。一。第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)參川磨脅礦虬垮恥護(hù)一一甩峨嘞。扎。時(shí)如。一.】一。:,。尸上。一,。:剖協(xié)。,。而.:.圓?一一,.一穢部分濕況,。,:圖?如圖所示?當(dāng)翅根溫度,小于空氣露點(diǎn)溫度女。,而翅端部溫度,大于空氣露點(diǎn)時(shí),翅片可分為兩部分:濕部分和干部,在時(shí),翅片溫度,等于空氣的露點(diǎn)溫度。,此時(shí)翅片的溫度分布控制方程可。寫為:軎囀半囂卜警咆一,:第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ).?。百一業(yè)廠。: ,。邊界條件為:,扛,?等。.?？山獾贸崞臏囟确植紴? .,一“式中:卅”

41、:墅:生。堡蘭盤,。巨:虹半掣恥虹掣蒡坐:止壺生:.:竺:塑腳:蘭。堡。聲 ?”。式中:驢甚掣恥錨第二章表玲器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)暾結(jié)兩腰叫根曲式進(jìn)行計(jì)算:沼,九彳釓.將和微分后代入上式可得:?一?吁一巨?.?.,.?一.由于,巨的表達(dá)式中同樣含有未知數(shù),因此將巨,:,毛,。的表達(dá)式代入上式后整理可得:礦。,。一。,一。,一。.。一?；I上式在實(shí)際計(jì)算中可通過計(jì)算機(jī)插值迭代來求解得出翅片的凝結(jié)高度。翅片濕部分的顯熱傳熱量和潛熱傳熱量計(jì)算如下:.目,.?？凇Ｒ?./.。.口。一?。一/通過引入數(shù)及熱質(zhì)類比式,式可重新寫為:肺乏詹,一書”吐,一積分及可得:一咆帆陟忙礦虬分喵蝎喝地一岫,專%眵她,.易一

42、互咖。一內(nèi)也一.卅?濕部分的總傳熱量為:釓一刮齟。一。亂.,。匠一吖一。濕部分的最大可能傳熱量為:口。.。一.。.;庸。一,?！科r三童查堡矍塾堂塑型塑墨堡壟墮.口。一。,:;:專三掣可得濕部分的翅片效率:,忙:一吁一巨一:業(yè)?叩 卜,長糾干部分的傳熱量為蟛.喇眥干部分的最大可能傳熱量為:,竹。口。三一,。一,。絲;掣干部分的翅片效率為:.?.,?一口。尸三一丁。一,。等等型總的翅片效率為:?印缸等光管部分:每個(gè)控制體部分的光管部分容易計(jì)算得出,當(dāng)然光管部分在計(jì)算時(shí)也需要首先判斷干工況、濕工況。光管部分的顯熱和潛熱換熱量為:.,%。一燦,?警匹模型中各參數(shù)的計(jì)算第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)空氣

43、側(cè)換熱系數(shù)的確定:常用的因子方法為:?,只.”吼鏟爭式中。為表冷器雖小斷面處的空氣流量。對于表冷器空氣側(cè)的換熱系數(shù),比較著名的有以下幾個(gè):.和.在綜合分析的基礎(chǔ)上,把叉排管束換熱器因子表達(dá)成如下形式:。,式中.分別為幾何參數(shù)的函數(shù)。協(xié),.一斟?阿,:?。.,:砉?！?。.是針對,排平肋片和圓肋片管簇?fù)Q熱器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而獲得的,因此具有一定的影響。該公式雖考慮了幾何參數(shù)不相似的影響及肋問距的影響,但沒有考慮排數(shù)的影響,且公式只適用于.范圍內(nèi)的流動。和對四排管的表面換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和調(diào)查后給出了四排管的因子公式:。.“式中:鼬。?。/?。,。一,“,的研究使得有可能確定排數(shù)多于四排時(shí)的管外側(cè)空氣換熱

44、系數(shù),提出如下關(guān)系式:?立;霉墜騭.,.一?一第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)式中:。兒/從一表冷器的長度,:和對于多于四排管的翅片管式換熱器提出了以下因子公式:,。,一,。.,一。號一。岳。對于管排數(shù)小于四的表面換熱器,和建議用如下公式:。一”,。:。.一?！颗_灣工業(yè)技術(shù)研究所的.等人在對、和、等人的成果進(jìn)行綜合研究分析后建議當(dāng)管排數(shù)大于時(shí)用下式來計(jì)算因子:.例.”艫儈新玎式中只.一調(diào).。臨卜只一.一。.。兩翮.只;“。丫墜/:。一表冷器在空氣流動方向上的長度;上述幾個(gè)公式中,以關(guān)系式的應(yīng)用范圍較寬,其中包含了管問距只,排間距只,排數(shù).片距只等幾何參數(shù)對其性能的影響。由于在一般的表冷器運(yùn)行工況

45、下,空氣側(cè)的換熱是影響表冷器性能的主要因素,所以空氣側(cè)換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的選取將影響到最后數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。以上是干工況時(shí)的空氣側(cè)換熱系數(shù),濕表面時(shí)的換熱系數(shù)要大于干表面,的結(jié)論表明大雷諾數(shù)時(shí)兩者相差更大,.,.和第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ).的研究認(rèn)為一般可以保守的將濕工況管外側(cè)換熱系數(shù)看作與千工況州槲同,因此在本模型中仍然借用了干工況時(shí)的空氣側(cè)換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式。水側(cè)換熱系數(shù)的確定:在目前的許多文獻(xiàn)中,一般對水側(cè)換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的選取并不重視,因?yàn)橥ǔＪ羌俣諝鈧?cè)熱阻占總熱阻的主要部分,所以空氣側(cè)的換熱情況才是表冷器性能的主導(dǎo)因素。對于大多數(shù)情況,這個(gè)假設(shè)是可行的,然而當(dāng)表冷器的管內(nèi)水速較低時(shí)

46、,水側(cè)熱阻應(yīng)該更精確,.等人的研究表明,在水側(cè)雷諾數(shù)為時(shí).水側(cè)的熱阻最大時(shí)可占到總熱阻的%。.工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議在管內(nèi)充分紊流時(shí)使用如下的?關(guān)系式來計(jì)算水側(cè)的換熱系數(shù):.。. 。 標(biāo)準(zhǔn)將上式的使用范圍限定為雷諾數(shù)大于紊流,但并沒有給出在雷諾數(shù)比較小時(shí)的關(guān)聯(lián)式。其他的一些計(jì)算模型,如和,和同樣使用了?關(guān)系式來計(jì)算水側(cè)的數(shù)。很多對空氣側(cè)換熱進(jìn)行研究的學(xué)者同樣使用?關(guān)系式或它的變形來計(jì)算水側(cè)熱阻以便從總熱阻中求得空氣側(cè)熱阻,例如:,和從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中對每個(gè)盤管給出如下關(guān)聯(lián)式:., ,需要說明的是?關(guān)系式只有在充分紊流時(shí)才是合理的,通常在雷諾數(shù)大于時(shí)是適用的和,。當(dāng)管內(nèi)流動處于過渡區(qū),即。時(shí),.關(guān)系式的準(zhǔn)確性值

47、得懷疑。一個(gè)由提出的關(guān)系式在雷諾數(shù)低至?xí)r同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的很好.這個(gè)關(guān)系式表示為:.。式中為摩擦因子:.。一.關(guān)系式在.且時(shí)是合理的。第二章表冷器數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)當(dāng)。時(shí),可以簡單的認(rèn)為管內(nèi)流動為層流狀態(tài),而采用如下的關(guān)系式來計(jì)算:池,.詈剖“式中為管子的長度,一般的.關(guān)系式的計(jì)算結(jié)果會略小于實(shí)際值,這是因?yàn)殛P(guān)系式將管內(nèi)的流動情況理想的認(rèn)為是層流,但實(shí)際上彎管、震動引起的次流動會強(qiáng)化傳熱,這些因素在計(jì)算時(shí)未被此式考慮進(jìn)去。通過以上分析可以看出.低雷諾數(shù)時(shí)水側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算應(yīng)以關(guān)系式代替.關(guān)系式,層流關(guān)系式計(jì)算。時(shí)的情況并不成功,因此采用關(guān)系式作為水側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算公式。第三章模型的建立與求解第三

48、章模型的建立與求解上一章中表冷器的熱質(zhì)交換主要是空氣側(cè)進(jìn)行了理論上的分析,在此基礎(chǔ)上,本章將建立并求解表冷器的數(shù)學(xué)模型并給出為完成數(shù)學(xué)模型的求解所需的計(jì)算機(jī)程序。.模型的建立冷媒出剴表冷器的離散化:如圖.所示為一個(gè)常見的逆交叉流式表面冷卻器,管排數(shù)為排,表面管數(shù)為根,冷水的整體流動方向與空氣流動方向相反,冷凍水在空氣出口處進(jìn)入聯(lián)箱后被分配至各支管中,經(jīng)過幾個(gè)在方向上的來回流動后,流入空氣入口處的聯(lián)箱。本模型認(rèn)為所有的熱量傳遞都是由空氣傳向盤管的第一、二次傳熱面,再通過管壁導(dǎo)熱傳向冷凍水,并且由于肋片的間隔,認(rèn)為方向上空氣不產(chǎn)生混合,方向上只有少量混合,在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì),因此取平行于平面的一層柬

49、進(jìn)行研究即可,由于每層的方向尺度很小,因此在同一層中,可以認(rèn)為空氣參數(shù)沿方向均勻。在本模型中,表冷器被認(rèn)為是一個(gè)純粹的逆流式換熱器,每根管予實(shí)際都同空氣的流動方向相垂直,在本模型中,這幾根管子回路被考慮在一起,這樣帶來的結(jié)果就是空氣與水是純逆流的關(guān)系,即空氣與水兩種流體做平行且反向流動。當(dāng)表冷器的管排數(shù)超過排時(shí),對于一般的表冷器運(yùn)行工況來說,純逆流模型是第三章模型的建立與求解合理而有效的等,。盤管在空氣流動方向上離散化為多個(gè)單元進(jìn)行一步步的計(jì)算。表挎囂.舢洲叩、鉗?一一。,?卜?一 .。.圖?為了按照上述過程來預(yù)測給定條件下表面冷卻器的熱工性能,必須首先假定水的出口溫度,然后如圖.所示。隨著的增加進(jìn)