空气侧不均匀气流分布下平行流冷凝器性能研究

作     者：王彦忠 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈焕新

授予年度：2012年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：平行流 冷凝器 流场 分布不均 性能 

摘      要：由于在较轻的质量和较少的制冷剂充灌量下可以获得较高的换热效率，近年来平行流换热器从汽车空调被越来越广泛的推广到暖通空调系统及制冷系统(HVAC&R)，大有取代传统换热器的趋势。在平行流换热器的设计过程中迎风面气流分布总是被假定为均匀的，然而实际气流却并非如此。从对换热器空气侧流场的试验及模拟研究来看，换热器迎风面的气流不均匀性还相当严重。本文主要采用数值模拟与实验相结合的方法来研究不均匀气流下平行流冷凝器的性能。 首先选用合适的空气侧和制冷剂侧计算关联式，建立了均匀气流下的平行流冷凝器仿真模型。模型采用限体积法(FVM)将平行流冷凝器沿微通道扁管划分为多个控制微元，针对每个微元应用效能—传热单元数法(NTU)计算热冷流体出口参数。通过对20组实验数据对比分析，换热量、制冷剂出口温度和制冷剂出口压力模拟结果的均方根误差分别为±5.99%、±5.65%和±5.66%。 然后利用CFD软件模拟了平行流冷凝器空气侧流场，将Fluent中的多孔介质模型应用于平行流冷凝器，采用压降—速度实验数据拟合了模型中粘性阻力因子C1和惯性阻力因子C，研究了空气侧气流分布规律。 最后通过分析国内外学者对翅片管式换热器不均匀气流的研究，在均匀模型的基础上编制了不均匀气流下的平行流冷凝器模拟程序，并以R22工质为例，模拟了不同气流分布方案、不同制冷剂流量对冷凝器性能的影响。主要得出以下结论：不均匀的气流分布会使平行流冷凝器的换热量下降、制冷剂侧压力损失增加，其影响的程度与气流分布的不均匀程度和制冷剂流量有关，最小制冷剂流量下换热量衰减1%，最大制冷剂流量下换热量衰减6%。模拟结果显示制冷剂压力损失增加量为6%5%。另外不均匀气流会使冷凝器风机理论功耗增加，其增加的程度主要由气流的不均匀性决定。