V型小管径换热器仿真及实验研究.pdf
《V型小管径换热器仿真及实验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《V型小管径换热器仿真及实验研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Articles论文70 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423V型小管径换热器仿真及实验研究Simulation and experimental study of V-type small tube diameter heat exchanger孙恺 陈田青 张瑞原 迟丽华SUN Kai CHEN Tianqing ZHANG Ruiyuan CHI Lihua青岛海信日立空调系统有限公司 山东青岛 266100Qingdao Hisense Hitachi Air-conditioning Systems Co.,Ltd.Qingdao 266100摘 要:多联机在家装市场的
2、广泛应用,对室内机换热器尺寸提出了更高的要求。换热器铜管、翅片规格和安装角度等对室内机换热能力影响显著。针对某款室内机换热器,首先利用CFD仿真软件研究了不同换热器角度的风场分布,而后分别通过实验研究了7 mm与5 mm管径的换热器风阻与换热能力。CFD仿真研究发现,限定空间内V型54 风场分布最优;实验结果表明,限定空间内V型54 制冷和制热能力最优。考虑机组宽度上增加幅度对机组运输有一定的影响,实际应用的换热器夹角宜在51 57 范围内。关键词:V型换热器;小管径;仿真研究;实验研究Abstract:The widespread use of multi-connectors in the
3、 home improvement market has put forward higher requirements on the size of indoor unit heat exchangers.The heat exchanger copper tube and fin specifications,installation angle,etc.have a significant impact on the heat transfer capacity of indoor units.The wind field distribution of different heat e
4、xchanger angles was firstly studied by CFD simulation software for an indoor unit heat exchanger,and then the wind resistance and heat transfer capacity of heat exchanger with 7 mm and 5 mm tube diameters were studied experimentally.CFD simulation research has found that the V-shaped 54 wind field d
5、istribution is optimal in a limited space.The experimental results indicate that the V-shaped 54 cooling and heating capacity is the best in a limited space.Considering that the increase in the width of the unit has a certain impact on the transportation of the unit,the actual angle of the heat exch
6、anger should be within the range of 5157.Keywords:V-type heat exchanger;Small tube diameter;Simulation study;Experimental study中图分类号:TM925 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.04.0110 引言随着城市化的推进,可以隐藏在吊顶内、与装修风格一体化,同时不占用地面面积的中央空调在家庭中的占比逐年提高。不同于工装项目,家装市场对室内机体积也提出了更高的要求,而室内机体积主要由换热器决定。追求室内机体积减小,在原方案下必然导致换
7、热面积减小,从而导致换热能力下降。因此,优化换热器设计,提升换热效率,才能有效达到降低产品尺寸的目的。随着“双碳”政策的推动以及能效标准的逐年提升,制冷行业对高效和节能的追逐已白热化,但同时又面临着原材料成本与运行费用日益增长的问题。因而,如何在不提高成本的前提下,提高换热器性能,对行业的发展具有重要意义。作者简介:孙恺,工学学士,高级工程师。研究方向:多联机。E-mail:。通过改变铜管直径是空调室内机强化换热的主要方式之一,换热器管径由现行的7 mm降低到5 mm,将会在增强管内换热系数的同时降低室内机尺寸和制冷剂充注量1。冼志健2等研究发现用5 mm替代7 mm换热器时,用铜量减少29.
8、5%,用铝量减少9%。胡海涛、丁国良等3通过实验研究了小管径铜管内R410A-油混合物的流动冷凝换热与压降特性。谭爱华4研究了小管径换热器中的流阻和噪声特性,为小管径换热器研究奠定了理论基础。管径的减小必然导致压降的增大和换热面积的减小,因此采用小管径的换热器,必须对换热器分流进行调整优化,降低压降5。换热面积的减小需要通过增加换热器长度来弥补,但因室内机结构限制,需要对常规的平板布局进行优化。V型换热器是空调室内机紧凑Articles论文 71家电科技 Vol.4 2023 Issue 423布置的常用方式,汪吉平6等利用数值模拟了不同V型换热器夹角下的换热器性能。Gong等7-16通过CF
9、D仿真模拟了V型换热器的气流分布,研究发现,换热器表面风速沿高度方向分布不均,风场的不均会对换热量造成损失,因此将风场均匀度作为V型换热器性能的重要评判标准。行业内对于小管径换热器的方案研究较多,对于V型换热器也有研究,但对于两者结合的研究较少。本文以家用中央空调室内机体积如何进一步降低这一共性技术问题作为研究对象,通过对小管径换热器夹角的仿真优化,找出同体积下提升换热量的优化方案,并通过实验测试验证仿真计算的合理性,为后期空调换热器设计和仿真优化提供思路,达到提升换热器性能和降低产品尺寸的目的。1 空调换热器影响因素空调室内机在有限的空间内的换热能力受铜管及翅片参数影响显著。本文针对某上市多
10、联室内机展开研究,探讨了内螺纹管径对换热面积、换热系数和压降的影响,以及翅片参数对换热面积的影响。提升换热器的能力,进而实现产品整体尺寸的降低,就需要先从理论上对换热器的性能实现进行分析。根据换热公式:Q=KAref(Tair-Tref)(1)式(1)中:K为以铜管内侧为基准的换热系数;Aref为制冷剂侧换热器的面积;(Tair-Tref)为管外空气和制冷剂之间的传热温差;Q为换热量。从式(1)中可以看出,蒸发器的换热量与传热系数、换热面积以及管内外流体温差息息相关。下文将从内螺纹铜管和翅片两方面分别讨论。1.1 内螺纹管对换热的影响(1)内螺纹管对换热面积的影响内螺纹管内表面积即为工质的换热
11、面积,其面积计算公式为:Aref=dL (2)式(2)中:d为内螺纹管内径;L为换热管长度。由式(2)可以明显得出,内螺纹管管径变小,管内换热面积也变小。但5 mm管径的承压能力强于7 mm管径铜管,即5 mm铜管更薄,如果在相同用铜量的情况下,管径越小,则5 mm铜管换热面积越大。(2)内螺纹管对换热系数的影响换热系数计算公式:(3)式(3)中:h为管内换热系数;Nu为努谢尔数;为工质导热系数;d为内螺纹管内径。由式(3)可以明显得出,内螺纹管管径越小,换热系数越大,其中5 mm内螺纹管的换热系数约为7 mm内螺纹管的1.4倍。(3)内螺纹管对压力损失的影响5 mm铜管的管径较小,管内流动阻
12、力损失较大,根据压降计算公式17,制冷剂的压降同管径成反比,管径减小将引起压力损失的增大,因此需要减短各分路的流程18-21。(4)式(4)中:P为压降;L为换热管长度;fm为摩擦阻力系数;xo、xi、xm分别为进口、出口和平均制冷剂干度;Di为管内径;G为制冷剂的质流密度;m为质量流量;Vm为两相区内的平均比容。根据可加工性等综合考虑,5 mm分路数设置为比7 mm增加50%。1.2 翅片对换热的影响某4.5 kW上市室内机换热器为7 mm开窗翅片,翅片宽度为17.32 mm,翅片间距为1.8 mm。而拟研究5 mm翅片同为开窗翅片,翅片宽度为9.40 mm,翅片间距为1.3 mm。单位长度
13、单翅片的换热面积5 mm较7 mm少54.3%,而由于5 mm翅片间距更小,换热器综合换热面积5 mm为7 mm的75%左右。换热器翅片参数对比如表1所示。表1 换热器翅片参数对比参数原方案优化方案管径(mm)75翅片类型开窗片开窗片翅片宽度(mm)17.329.40翅片间距(mm)1.81.3根据上述不同类型的管径和翅片对换热面积和换热系数的影响,5 mm管径换热器的管长需要比7 mm管径换热器长25%,才可以达到相同换热效果。但该内机内部尺寸有限,无法实现平板的管长增加25%,因此V型折叠式换热器成为首选。此时V形换热器的理论换热面积、换热效率均可满足提升需求,但采用V形设计必然造成风场的
14、分布变化,需要进一步探讨如何实现风场的最大均匀化,以使换热器能力最大化。1.3 换热器能力验证综合前文分析结果,对换热器对比方案设计如下,原方案为7 mm的设计方案,方案1为和原方案同高度的5 mm小管径换热器设计方案,方案2为根据1.2小节分析后,高度增加25%的设计方案。换热器参数如表2所示。按照以上结果进行性能仿真,结果如表3、表4所示。Articles论文72 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423仿真结果显示:(1)方案1和原方案高度相近,但5 mm管径换热器因换热面积差距较大,蒸发侧能力小于7 mm管径换热器约6%,但冷凝侧能力高出7%。(2)方案2增加高度后,5 mm
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 型小管径 换热器 仿真 实验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。