以ra為工質(zhì)的空調(diào)換熱器性能仿真與試驗

以R410A為工質(zhì)的空調(diào)換熱器性能仿真與實驗摘要：通過建立分布參數(shù)模型，研究了以R410A為工質(zhì)的空調(diào)換熱器在不同的運行工況下的換熱性能。與實際R410A房間空調(diào)換熱器性能測試結(jié)果進行對比，評估了8種R410A蒸發(fā)和冷凝關(guān)聯(lián)式，并對R410A在7.0mm管徑強化管內(nèi)的換熱性能進行了研究。結(jié)果表明，在相同制冷劑質(zhì)流量條件下，R410A采用7.0mm強化管后比R22采用9.52mm強化管的蒸發(fā)換熱量和冷凝換熱量分別提高9.32%~16.32%和8.05%~15.63%，而換熱器盤管設(shè)計長度可減小2%～15.86%。關(guān)鍵字：R410A換熱器空調(diào)器傳統(tǒng)上采用R22為工質(zhì)。但是R22對于臭氧層有破壞作用，將被逐步淘汰。R410A是目前公認為可以替代R22的較好的工質(zhì)。采用R410A為工質(zhì)后，必須解決如何提高空調(diào)器效率的問題，而換熱器性能的改進是R410A空調(diào)系統(tǒng)性能提高的重要一環(huán)。在對換熱器各種強化方法的應(yīng)用中，除了改變管外翅片結(jié)構(gòu)，增強空氣湍流換熱外[1]，最經(jīng)濟、有效的方法之一就是采用小管徑微翅強化管。但目前對于R410A在小管徑換熱管換熱器中的應(yīng)用則缺少研究。本文將通過建立分布參數(shù)的空調(diào)換熱器仿真模型，對R410A在7.0mm強化換熱管換熱器中的換熱性能進行了理論研究。并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)對8種R410A蒸發(fā)、冷凝換熱系數(shù)公式進行了篩選和評定，并對R410A強化換熱管換熱器性能進行仿真，為R410A換熱器的開發(fā)提供依據(jù)。1空調(diào)換熱器模型與算法1.1換熱器模型空調(diào)換熱器為翅片管式換熱器，需要建立分布參數(shù)模型，將換熱器劃分成若干個控制容積。建模時假定工況穩(wěn)定，管內(nèi)制冷劑沿管道軸向作一維流動，管外空氣垂直于換熱管沿翅片作一維流動，忽略換熱管軸向的換熱。每個單元控制容積中包含制冷劑、空氣和管翅（翅片和換熱管視為一體，統(tǒng)稱為管翅）三個對象。由于為穩(wěn)態(tài)工況，不需要列質(zhì)量方程，以下只列出能量和動量方程。（1）制冷劑側(cè)控制方程能量平衡方程：(1)式中：qmr為制冷劑質(zhì)量流量；hr,in、hr,out分別為制冷劑進、出口的比焓；Tr,in、Tr,out分別為制冷劑進、出口的溫度；Twall為管壁溫度；A為管內(nèi)換熱面積；為制冷劑側(cè)局部換熱系數(shù)。單相區(qū)的制冷劑側(cè)換熱系數(shù)計算采用Hausen、Gnielinski、Dittus-Boelter關(guān)聯(lián)式[9]；兩相蒸發(fā)換熱系數(shù)計算采用了文獻[2-5]推薦的Christoffersen[2]、M.Goto[3]、Kandlikar[4]和Koyama[5]這4個公式；兩相冷凝換熱系數(shù)計算采用了文獻[5-8]推薦的Yu&Koyama[5-7]、Cavallini[5-7]、Kedzierski&Goncalves[5-7]、Shikazono[8]這4個公式?？刂迫莘e中制冷劑的動量方程：(2)式中Dptotal為制冷劑總壓降，Dpacc為制冷劑加速壓降，Dpf為表示管內(nèi)制冷劑摩擦壓降。蒸發(fā)器單相制冷劑摩擦壓降計算采用Colebrook-White關(guān)聯(lián)式[10]，而冷凝器單相制冷劑摩擦壓降計算采用Smith關(guān)聯(lián)式[10]。對于兩相區(qū)蒸發(fā)制冷劑摩擦壓降公式采用Kuo關(guān)聯(lián)式[11]，而兩相冷凝則采用ModifiedSmith關(guān)聯(lián)式[10]。（2）空氣側(cè)控制方程由于空氣壓降很小，這里只考慮能量方程：(3)式中：qma為制冷劑質(zhì)量流量；ha,in、ha,out分別空氣進、出口的比焓；Ta,in、Ta,out分別為空氣進、出口的溫度；Twall為管壁溫度；A0為管外換熱面積；為空氣側(cè)局部換熱系數(shù)。采用NakayamaandXu[12]的關(guān)聯(lián)式。（3）管翅控制方程在穩(wěn)態(tài)情況不考慮管翅的能量積聚，因而進出管翅的熱量應(yīng)相等，即：(4)睜式中陶Q抽fro羽nt血促為控制績?nèi)莘e前糊方翅片磚導熱量隔，按前夠排各控風制容積猾通過翅卻片的有競效橫截涌面積導展入當前撓控制容至積的導斧熱量；曬Q克bac轉(zhuǎn)k茂為控制藝容積后噸方翅片霜導熱量監(jiān)，按后虎排割各控制梅容積通拿過翅片驢的有效慌橫截面將積導入改當前控烏制容積憐的導熱插量；肢Q醋top緩灘為同排妖列間上為部導熱搶量，按呆上一列閥控制容翅積通過光翅片的啄有效橫冬截面積橡導入當索前控制此容積的墳導熱量器；佳Q筍bot端tom愁銀為同排牌列間下購部導熱網(wǎng)量，按森下一列妥對應(yīng)各古控制容惜積通過村翅片的喂有效橫征截面積恨導入當斥前控制額容積的粗導熱量巷。炊1.2拉迎求解算阿法裂為了簡躲化計算萬過程中塘換熱與蠻壓降相職互耦合濤的關(guān)系礙，采用黑換熱和手壓降交箏替計算禮的方法初，即在叛進行換娛熱計算凡時，保釋持各控電制容積鐘的制冷憤劑進出念口壓力迫不變，登只根據(jù)煤計算結(jié)住果替換么相應(yīng)的快焓值和悔溫度值飼；而在添進行壓取降模塊曠計算時起，保持吹各控制弱容積的蝶進出口盤焓值和訪溫度不籍變，只渾根據(jù)計覆算結(jié)果輩替換壓碰力值。愿在已知迎換熱器僵進口制狠冷劑狀功態(tài)與流徒量、進銳口空氣化狀態(tài)與牧流量時蔬，本文貝采用以躬下算法頌對模型山進行求談解傅：盆①蓋沿制冷滾劑流動轎方向，染依次計賄算每個穴控制容筐積中熱口量交換刻，同時姿刷新每竊個控制腔容積制腳冷劑和維空氣的競出口焓圓值和溫良度，直賤到所有撇控制容疾積計算段完畢。柿其中對武后排控咬制容積股空氣入甩口狀態(tài)丈采用絕出熱混合寬處理央。幟②足沿制冷極劑流動兼方向，祥依次計哥算每個鎮(zhèn)控制中腿制冷劑法的壓力州損失，暈同時刷千新每個前控制容漫積制冷宏劑出口參的壓力厘，直到題所有控吊制容積閑計算完圈畢委。榴③欠舌對以上沾換熱和拜壓降過姨程進行姑迭代計么算，直宋到前后憐兩次迭之代誤差籮，滿足柿換熱器灣內(nèi)部導針熱熱量字平衡的第要求。弊2謹撕實驗驗旺證與結(jié)黨果分析海2.1教裕模型可匙靠性驗注證波為了驗嶼證本模狡型的可輝靠性以糾及提高午模型的懶計算精緩度，本疤文膀?qū)ν籖41押0炕A蔥在單排檔換熱器歡（蒸發(fā)在和冷凝甩）中的凍換熱及衰壓降特欣性進行塵了實驗愧研究。葛換熱器誓具體結(jié)怠構(gòu)參數(shù)猶為：高斷度宇336稈m伶m朱、長少度電635茂m背m昂、管排撫數(shù)芝1婚、管列欲數(shù)扣1厚6禍、橫向狂管排間條距卡13.澡3m汽m剩、縱向翅管排間搶距嚷21m落m云。所用獸小管徑倚銅管參雹數(shù)為：寸外園徑晶7m略m劈、壁避厚掏0.2答4m逐m雖、翅騎高輸0.2亡2m得m玩、螺旋島角學16單o愁、微翅枯錐烤角蔑22幅o甘、微翅革個伐數(shù)賢5趣4潛。進行爹了駱1他6述組換熱佳器性能遮參數(shù)測政試結(jié)果少。蒸發(fā)至過程中閣，保持轉(zhuǎn)制冷劑技的入口磁干度守為蜂0.勻2章，入口額制冷劑翠壓力血為摩1沾2核℃滑下的飽踢和壓力堅；冷凝熄過程中接，保持糞制冷劑緩的入口科溫度苗為煎64.康7植℃固，入口筐制冷劑錢壓力懶為扇44.蝦6旱℃番下的飽辮和壓力偷，但其治制冷劑像的流向攝與蒸發(fā)卸時的流源向相反即。蹤2.2謠液結(jié)果分譜析秋2.2呢.1庭唱蒸發(fā)換襖熱關(guān)聯(lián)倦式的選投取頁圖敏2帽為采用規(guī)文滋獻得[2-掌5需]欠中蒸發(fā)售換熱經(jīng)驅(qū)驗關(guān)聯(lián)展式計算言所得的豎換熱量質(zhì)與實驗宜結(jié)果的棋對比以誦及制冷安劑的換很熱系數(shù)萌沿管程遺的分布特。由棚圖艇2符可知：鋤采頓用嗚Chr君ist宮off狡ers奸e塘n雜、睛M.G承ot墻o淺、昆Kan描dli碑ka村r煙以揀及駱Koy謎am賞a嘩這隙4損個蒸發(fā)后換熱經(jīng)新驗關(guān)聯(lián)欠式與實戲驗結(jié)果忍相比，配其誤差芬在芹-3.盯38%帥~1.冒09逼%忘的范圍委內(nèi)。但途當質(zhì)流極通比量身G>4幕00k皂g/m國2犁s兄，姻4腿個關(guān)聯(lián)討式的計如算值均廣偏低，氏其蝴中籌Chr古ist手off晉ers誓e成n織的預(yù)測躲值偏低春最為明餡顯，其基最大偏余差達動到城-3.束38隱%枕；緩Koy茂am造a梨的預(yù)測驗值與實眉驗結(jié)果籌最為吻遷合，其帥最大誤互差也只響為仙0.4添9拖%榜。霞圖毀2致飯蒸發(fā)器徐計算結(jié)采果與實騙驗數(shù)據(jù)奇對比色2.2色.2駐長冷凝換洞熱關(guān)聯(lián)粗式的選氣取斃圖留3師為采用程文猛獻守[5-困8濃]界中冷凝嶺換熱經(jīng)磁驗關(guān)聯(lián)兵式計算侄所得的溪換熱量理與實驗京結(jié)果的案對比以驚及制冷欲劑冷凝詳換熱系抄數(shù)沿管坑程的分鉗布。由蠶圖乏3陰可知：匆采蔽用隙Yu&活Ko塊yam夢a歸、框Cav河all姨in雖i扣、愛Ked苗zie真rsk杠i&冤Go池nca表lve滔s逆以羊及核Shi逢kaz邁on姓o桌這礦4抓個冷凝土換熱經(jīng)湯驗關(guān)聯(lián)健式的計豪算結(jié)果昂與實驗親結(jié)果相普比，其堤誤差同在費-0.豆82伏%溜～兄4.0役8廳%帽的范圍次內(nèi)。其拆中琴Yu終&K扭oya最m興a辨和盈Shi傾kaz漸on筍o域兩個關(guān)斯聯(lián)式與疑實驗值辰吻合的哪較好，牲其最大御誤差逃在賺2.0鍋0浴～歐2.4諸3解%澡。律而罩Cav兄all喂in若i串的計算循值均估買計過高逆，其最荷大誤差虛達秋到千4.0樸8塘%似。嘆圖展3棉圓冷凝器纖計算結(jié)濱果與實皂驗數(shù)據(jù)衰對比已2.2揮.3蓮慚換熱器搏性能分取析閘圖其4椅和丈圖幫5禽為不同峰制冷劑拉流量下借，換熱禁器的換齊熱量隨丈空氣風映速的變既化。由廁圖可知亞，在相括同的制降冷劑質(zhì)仙流量條蛋件下，戶替代工賢質(zhì)鼓R41桂0四采親用匹7.0棵m爺m爐換熱管爪后筒比乞R2缺2尺采誤用臘9.5傳2m莫m艙蒸發(fā)器蹄和冷凝弦器的換兩熱量分鴉別提疊高袍9.3駁2%~戶16.蓄32揉%御和戒8.0須5暗%另～柏15.跳63賄%傷。蓮圖雁4廳卡蒸發(fā)器罷的換熱宗量隨空血氣風速蘿的變碑化趴鏟圖先5派攻冷凝器物的換熱鍵量隨空秧氣風速垃的變化奇用所得歷到的模辰型進一辦步計算放蒸發(fā)器圈設(shè)計長雅度隨空幅氣風速遭的變化裂，結(jié)果像表明：方替代工遮質(zhì)棋R41恥0挪A擦采端用旨7.0掏m腿m頁換熱管垃后，在雁相同的鮮制冷劑失入口條叛件下，貸比匙R2街2慈采嬸用翁9.5壁2m憶m想的盤管雨設(shè)計長觸度要減耳小四2宏%忘～沒7脅%踏。當空廊氣迎面串風速較塌小的時孟候，采培用聞7.0谷m聞m犬換熱管傭的蒸發(fā)刻盤管設(shè)騰計長度蓮明顯減醋小，最姜大可遺達田7.0叼7壽％；而劉隨著空屬氣風速廈的增加妄，蒸發(fā)高盤管設(shè)寸計長度而減小的膽趨勢也歡逐漸減檢小。澤用所得斑到的模欲型計算您冷凝器員設(shè)計長援度隨空榮氣風速遞的變化殘，結(jié)果棄表明：泰采用相泳同的制汪冷劑入秩口條件雄時，替社代工陡質(zhì)輸R41基0筑A啦采溪用溜7.0禮m鑒m逝換熱管風后，刪比判R2痰2嫁采講用聚9.5賄2m魚m先換熱盤末管的設(shè)殺計長度賠要減任小撥10.鼻82激%?！?5.綢86放%床。達考慮到斧采豈用拌7.0況m街m餓換熱管姑后，換航熱管的般耗材將待減拐小散20幟%超～債26瘦%是。因此餅綜合考坊慮，整申個系統(tǒng)喂換熱器住的成本腿將減脾小蒼21.可6渠%碼～肉31.進18踐%關(guān)。尸3帝卸結(jié)論宏（許1煤）對于售蒸發(fā)換悟熱過程填，當質(zhì)鹿流通承量乏G>4凡00k衡g/m錫2紀s幣時蟲，拘Chr霜ist鵲off狐ers閱e赤n泡、貢M.G鞭ot俗o襲、原Kan諸dli錯ka粒r順以蔬及吼Koy司am模a類四個蒸框發(fā)換熱啟經(jīng)驗關(guān)榆聯(lián)式的高預(yù)測值鄭均偏低踩，其汁中責Koy尿am漫a姓的預(yù)測貧值與實品驗結(jié)果張最為吻跡合，其研最大誤膚差也償為眉0.4形9做%品。腎（嘉2冤）對于挺冷凝換趴熱過程聽，取Yu滾&K戒oya痰m影a冰和期Shi母kaz扎ono乎蔥2化個關(guān)聯(lián)率式與實膜驗值吻標合的較菠好，其鈔最大誤顛差季在福2.0暖0舍～何2.4驅(qū)3萬%園。屠而粗Cav夢all鳥in純i掛的計算夠所得的敞換熱系箏數(shù)估計肅過高，惹是其它德關(guān)聯(lián)式奏的鴉2撓倍。嬸（辛3紐）在相宣同的制押冷劑質(zhì)盲流通量偶條件下欺，替代游工故質(zhì)棵R41殖0導采挺用精7.0揚m定m香換熱管葉后連比聾R2扯2藥采知用脅9.5再2m蔬m揪的換熱臥器換熱換量提陸高僚8.0始5徒%勻～明16.鳥32出%沈。并且蓮隨著制艘冷劑質(zhì)熱流通量滅的增加走，換熱悔量的提控高百分火比也相舅應(yīng)提高熟，當制史冷劑有貴一定的磚過熱度匆或過冷濟度后，襯換熱器剩制冷量疾的增大治幅度逐消步減緩鈴直至基雕本保持授不變。差（源4蹲）在相滿同的制器冷劑質(zhì)夢流通量適條件下牲，替代角工食質(zhì)斷R41爸0餅采莖用墻7.0在m群m胡換熱管負后火比嫂R2稍2陡采鳳用艷9.5蓋2m緞m劣的換熱疲器盤管姐設(shè)計長鐵度減建小嘴2梢%噴～儉15.悉86跟%蒸，最終嬸換熱器牢的成本譯將減蠟小歉21.迅6添%溜～優(yōu)31.眾18讓%掌。浙總之，吃由于替遷代工主質(zhì)捧R41破0衣A歪的換熱栗性能較原好，采薪用小管沾徑強化核管后，勵其換熱革器性能遼提貧高劣8.0亦5份%駁～支16.皆32購%則，使換蓄熱器結(jié)述構(gòu)更加強緊湊。斑參考文舌獻僑[1]抽運胡俊丹偉產(chǎn),深扇丁國書良駁.卷管開縫翅撈片壓降必和換熱釘特性的化數(shù)值模任擬考[J]緊.纖腎上海交專通大學辭學讀報舉,2忌004奉,3移8(1工0):沃11酒39-心114袖2扯[2]抄New可ell冬T咐A,愧Sha徐hR峰K.映An竿ass砌ess渡men餡to顧fr杯efr脅ige貿(mào)ran萄th影eat雷tr胖ans奮fer苦,p別res在sur遵ed板rop把,a刺nd浮voi著df孫rac今tio底nef它fec顫ts磨in叮mic朋rof蠻in型tub瞇es.管AS細HRA頭ET角ran聞s,按200猾1,毫par另t2:狠14劑3-1遷72.背[3]滿Got驢oM雀,I怒nou咽eN炮,Is朗hiw顏ata憶ri注N.觸Con變den秤sat檢ion沖an咳de鹿vap嚼ora叮tio釀nh禍eat婚tr剃ans協(xié)fer孕of決R4少10A鈴in保sid晃ei盜nte衣rna縣lly減gr撫oov襪ed獄hor悅izo辱nta捕lt梅ube鑒s[J振].異Int真J市of肆Ref邁rig姻era尼t(yī)io曉n,忽200練1,擱24:她62訊8-6膨38.幣[4]催Kan緣dli曠kar淋S政G,淚Ray賽kof翅fT.克Pr鑒edi盜cti棗ng尊flo昏wb汽oil蒙ing抓he姓at絨tra襲nsf待er騾of洪ref襖rig招era泛nts編in寺mi餃cro卸fin犬tu蜘bes逐[J]鐘.E聯(lián)nha臺nce鵝dH襪eat草Tr霞ans懇fer它,1趟997租,4霸:2流57-嗚268炸.醫(yī)[5]合Cav柿all艷ini亮A,拾Co座lD膚D,皇Dor王ett社iL初,e話ta辯l.懂Enh穗anc蒼ed雄int冶ube門he碰at唯tra漫nsf胃er變wit謀hr管efr稀ige歪ran戶ts[堵A].尾Pr檔oce強edi趙ngs次of鍬th何e2傳0湯th嗚in漲ter腫nat普ion鞋alc揮ong天res妹so薯fr蚊efr工ige申rat故ion擇[C]躺,I理IR/轉(zhuǎn)IIF乳,S脾ydn陪ey,狼19傻99.兔[6]粒Cav嗎all棟ini蘿A,揉Co蝴lD施D,洗Do豈ret恰ti刻L,斃et猾al.過.臘Hea盯tt回ran雖sfe鵝ra絮nd冶pre周ssu機re妥dur慚ing哄co喜nde女nsa善tio麗no哈fr名efr卡ige嬌ran害tsi丈nsi溝de限hor研izo扶nta熄le牙nha制nce群dt辰ube裂s.難Int腹J盼of為Ref妥rig俗era伐tio邁n,撒200閘0,朱23:混4-母25.練[7]架Yu臭J,川Koy物ama子S.式Con厘den猾sat棵ion騰he煩at辯tra程nsf巴er戚of稅pur復(fù)er初efr叫ige凳ran斯ts雖in獵mic炮rof充in兇tub系es[澡A].育Pr付oc情199籃8I聯(lián)nt潮Con仁fa歡tP吉urd南ue,把199比8:也325擦-33示0.強[8]熟Swa刪ng哲H,幼Hon襲da沿H.C生ond雜ens脅ati筆on婦of杠ref毒rig廣era鬧nts旅in群ho釘riz雙ont獅al嘉mic決rof奔in賺tub訓es:親co等mpa匹ris乓on瘡ofp哲red妙ict塘ion擇me晶tho乓ds糕for律he紗at鎮(zhèn)tra膜nsf趟er.布In運tJ桐of家Re壇fri毅ger泥ati怪on,敞20柔03,駐26棚:45各2-4維60.倆[9]悼Sha覺hM繼.M.婆A勤gen鄉(xiāng)era脹lco貍rre腸lat腐ion框fo打rh走eat可tr軟ans糠fer循du炎rin嫩gf藏ilm過co鎮(zhèn)nde寧nsa般tio腥ni椒nsi屠de松pip黨es.憶In煤tJ視of岡Hea觸tM感ass害Tr除ans黃fer舌,1所979私,2條2:壁547朽-55魄6.瞎[10克]Sm臺ith蜂S