[word格式] 7mm铜管翅片换热器使用R410A冷媒的最佳回路长度计算

[word格式] 7mm铜管翅片换热器使用R410A冷媒的最佳回路长度计算 7mm铜管翅片换热器使用R410A冷媒的最 佳回路长度计算 7mm铜管翅换热器使用R410A冷媳 昀最佳回路长度计算 ◎郑钢宋吉 摘要:本文针对采用R410A冷媒的空气源热泵的室外侧换热器,采用 稳态分布参数法,对其作为冷凝器和蒸发嚣使 用时回路的最佳长度进行了计算机模拟,为采用新型环保冷媒的换 热器优化设计提供一定的参考. 关键词:R410A蒸发器冷凝器回路长度计算机仿真 SimulationontheBestCircuitsLengthofFinandTubeHeatExchangerUsingR410ARefrigerant ByZhengGang,Songji Abstract:AccordingtooutdoorheatexchangerofairsourceheatpumpusingR410A,thisissuemakesacomputersimulation onthebestcircuitlengthwithsteadystatedistributedmode1.Thesimulationmethodandtheresultarebothausefulreferencefor thedesignofheatexchangerusingthealternativerefrigerantofR22. Keywords:R410A,Evaporator,Condenser,CircuitLength,Computersimulation 0前言 R22的冷媒替代问题已经讨论了很长一段时间.到目 前为止,这方面的研究工作仍然是制冷领域一个迫切而重 要的问题.目前,欧美以及其他一些发达国家已经全面禁 止生产使用R22冷媒的空调制冷设备,作为其替代冷媒的 主要为R407C和R410A.和R22的热力性质及运行工况非 常接近是R407C成为R22替代物的主要原因,这样能减少 对目前产品的改造,降低研发成本和时间.但是由于 R407C是非共沸混合物,温度滑移和传质阻力在一定程度 上影响了节能效果和机组的稳定性.R410A也不是纯工 质,但温度滑移很小,可视为纯工质.然而R410A的热力性 质与R22有较大的差别,因此需要在原有系统的基础上作 较大的设计变更. 换热器是空调系统的重要部件,其中回路的设计(包 括回路长度和回路的安排方式)是在耗材和成本一定的情 况下,尽力提高系统能力的重要优化方法.另外,铜管管径 的减小将提高换热能力,家用或小型商用空调的翅片换热 器铜管外径已经从9.52ram减小到8ram或7ram,换热器更 加紧凑,成本也相应降低.目前,国内一些企业对换热器回 路的设计还没有足够重视,回路长度的设计也是根据经验 或简单的试验测试.本文将针对使用R410A冷媒的7ram 铜管翅片管换热器回路最佳长度进行计算机仿真,该方法 简单易行,仿真结果可以作为常规空调设计的参考值. l模型的建立 ?lt:tLI~-发一御,?室啊?蠢修加惦.10 1.1换热器结构和工况说明 本文选取的仿真对象为某个空气源热泵的室外换热 器,该翅片管换热器的结构为:2排管,每排60根管,叉排 排列,铝翅片为开窗片,铜管为内螺纹管,7ram外径,纵向 管间距为21.6mm,横向排间距为18.7ram,每根直管的长 度为1.5m,翅片间距为1.5ram,翅片厚度为0.1lmm,迎面 风速为2m/s,回路走向为制冷顺流而制热逆流. 制冷运行时,室外换热器作冷凝器,进风干球温度为 35?,湿球温度为24~C,换热器的入口过热气体温度为 800(:,冷凝温度为500(:,制冷剂质量流量为0.26kg/s;制热 运行时,室外换热器作蒸发器,进风干球温度为7?,湿球 温度为6oC,制冷剂入口干度为0.2,入口饱和蒸发温度为 2?,制冷剂质量流量为0.13kg/s. 1.2稳态分布参数法建模 在分布参数模型中,需要将传热管划分成若干个微元 段,每个微元段的结构如图1所示. -- ?? 1————2 ?? ?? }.I卜_— ?L 图1传热管中的长度微元段 建模时假设:1)制冷剂在管内作一维轴向流动; 2)只考虑制冷剂与管壁和空气之间的径向换 热交换,不计轴向的热传递; 3)冷凝器管壁热容忽略不计; 41两相区,制冷剂气体和液体混合均匀; 5)制冷剂气液看作不可压缩; 6)空气和制冷剂在各点的参数和流量不随时 间变化. 列出理论模型如下: 质量守恒::0 动量守恒: 能量守恒: + 罢一一lD2 +叫:~2 - dx+—一鼋’,q’ Q为dx段所传人的热量(吸热为正,放热为负) 若选控制体?L,其相应的差分方程为: 质量守恒:PlUl=P2U2=M/(~Di/4) 动量守恒:Pl”l(“2一”1)+P2一Pl=-fALplul(+U2),/4 能量守恒:”l( 一hi)+Pl”l(“2一Ul2)/2=4QI(~:Di) 其中,P为密度,U为速度,M为质量流量,D.,Do为管的 内径,外径,P为压力,f为摩擦系数,h为焓,?L为微元段 长度,Q为热量,下标l,2表示控制体人口,出口. 1.3几个重要参数的选择 制冷剂侧换热系数和压降以及空气侧换热系数计算 的准确性对本文非常重要,因此笔者通过查阅文献比较, 决定采用C.C.wang【l】总结的公式计算空气侧开窗片的换 热系数,而对于R410A在内螺纹管的换热与压降公式,本 文选择了Cavallini【2】总结的公式. 2仿真结果分析 图2一图7所示为换热器作冷凝器和蒸发器运行时的 仿真结果.以冷凝器为例,从理论分析可以知道,每个回路 的长度越长,整个换热器的回路数就越少,每个回路的制 冷剂流量就越大,管内流速越高,管内换热系数就越大,从 而增强了整个换热器的换热能力.但管内流速越高,阻力 也就越大,阻力增加会使冷凝压力下降,冷凝温度下降,从 而减少了空气与冷媒之间的换热温差,反而影响了换热器 的换热能力.因此,存在最佳回路长度使得换热量最大.蒸 发器也有相似的结论. 对于冷凝器来说,由于加速阻力和摩擦阻力方向相 反,也就是说加速阻力能在一定程度上抵消摩擦阻力,因 此整个冷凝器的压降不会很大;而蒸发器中,加速阻力和 摩擦阻力方向相同,两者同时使压降增加,因此蒸发器的 压降相对较大.对于热泵机组的换热器必须同时考虑换热 器作冷凝器运行和作蒸发器运行的情况.因此一般将冷凝 器的饱和温度下降l?,蒸发器的饱和温度下降2~C作为 压降上限.另外为了防止节流机构产生闪发,冷凝器出口 一 定的过冷度是必要的;同样,为防止压缩机发生湿压缩, 蒸发器出口一定的过热度也是必须的.所以在上述条件的 限制下,我们能够找到制冷剂回路的最优的长度或长度区 间. 妻 面 霰 ;鼍} 炙 回路长度(m) 图2冷凝器换热量随回路长度的变化 回路长度(m) 图3冷凝器饱和温度下降随回路长度的变化 图2所示为换热器作冷凝器使用时换热量随回路长 度变化的曲线,可以看出,换热器换热量的最大值在回路 长度为15m时.考虑到实际设计时,由于各种条件的限制, 设计长度不一定刚好控制在最佳回路长度点上,因此,我 们选择换热量最大值的95%以上的区间(图中虚线所示) 是可以接受的范围,即换热器回路长度可以在7m一24m之 间选择. 图3所示为冷凝器饱和温度下降随回路长度的变化, 以饱和温度下降l?为极限 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 (图中虚线所示).可知回 塞皇苎堕=塑室:堡:? 路长度应该选择在15m以下. p 1赵 佥 捌 回路长度(m) 图4冷凝器过冷度随回路长度的变化 图4所示为冷凝器过冷度随回路长度的变化,可以看 出在一定的制冷剂流量的前提下,回路过长和回路过短都 会产生不完全冷凝,即过冷度为零.以过冷度3?作为下限 (图中虚线所示),因此回路长度在9m一18m之间是可以接 受的范围. 综合上面三项评价指标可得,R410A冷媒在7ram铜管 换热器作冷凝器使用时最佳的回路长度为15m,回路长度 在9m一15m之间均是较为理想的范围. 面 綦 椎 糕 回路长度(m) 图5蒸发器换热量随回路长度的变化 图5所示为换热器作蒸发器使用时换热量随回路长 度变化而变化的曲线,由于仿真过程中选择了制冷剂流量 一 定,回路长度越长,每个回路的制冷剂流速越快,蒸发过 程完成越早,剩下的管子均用于过热,因此此项指标无法 作为确定最优回路长度的一项依据. 图6所示为蒸发器饱和温度下降随回路长度的变化, 家电料莰一例冷窑稠?维修2005.10 以饱和温度下降2~C为极限标准(图中虚线所示),可知回 路长度应该选择在12m以下. 图7所示为蒸发器过热度随回路长度的变化,为保证 压缩机的安全运行,以过热度3?作为最小过热度要求(图 中虚线所示),因此回路长度应选择在9m以上. 综合蒸发器的三项评价指标可得,R410A冷媒在7ram 铜管换热器作蒸发器使用时回路长度在9m一12m之间. 综合冷凝器和蒸发器两种情况分析的结果,可见该换 热器的回路长度为9—12m是满足各种条件的公共区间,能 较好地平衡换热器作为冷凝器和蒸发器运行时的换热性 能和稳定性. 回路长度(m) 图6蒸发器饱和温度下降随回路长度的变化 回路长度(m) 图7蒸发器过冷度随回路长度的变化 3小结 R410A是R22最有希望的替代 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 之一,由于热力性 质的差别,使用R410A的空调系统相对于使用R22的系 统,在设计上需要做较大的改动.本文针对使用R410A冷 媒的空气源热泵室外换热器,通过稳态分布参数模型,对 其作为冷凝器和蒸发器运行时的最佳回路长度做了初步 的计算. 通过试验结果可以看出,R410A在7mm内螺纹管内的 流动阻力比R22要小,最佳回路长度相对于R22系统可以 稍微加长,该换热器的最佳长度范围应在9—12m之间.另 外,从整个筛选过程可以看出,换热量作为选择标准可以 忽略,因为这个长度范围过于”宽容”;蒸发器对回路长度 的要求比冷凝器高,符合蒸发器要求长度范围是符合冷凝 器要求长度范围的”真子集”,因此对于热泵系统的换热器 可以只计算蒸发器的过热度和饱和温度下降这两个因素 作为选择依据.对于常规设计的空调系统,笔者认为文中 的仿真方法和仿真结果对于作为空调使用的室外换热器 的设计均具有一定的参考意义. 参考文献 【1】C.C.Wang,C.J.Lee,C.T.Chang,S.P.Lin.Heattransfer andfrictioncorrelationforcompactlouveredfin-and—tube heatexchangers,InternationalJournalofHeatMassTransfer 1999,42(11):1945,1956 【2】A.Cavallini,Condensationinsideandoutsidesmooth andenhancedtubes,InternatinalJournalofRefrigeration, 2003,373—392 【3】李文华,热泵空调系统的计算机匹配研究及运行 性能模拟,上海交通大学硕士论文,2000? 冰箱冷柜的泄漏和堵塞现象及排除方法 ◎支荣昌 泄漏是冰箱冷柜最普遍的故障.冰箱冷柜经使用一段 时间(短则数月,长则几年不等)以后,都会出现制冷效果 差,部分或完全不制冷,压缩机不停机,冷凝器发热不够或 完全不发热,压缩机运转温度高得烫手等现象.当断开压 缩机的工艺管口,出现只有少量或完全无制冷剂喷出的情 况时,足以判断是系统存在泄漏故障. 冰箱冷柜的蒸发器,大多采用铝管或”邦迪管”.而冰 箱冷凝器以内藏式较多,和防露管一样,基本都是采用铁 制管.它们一半以上的面积都被埋藏在发泡塑料做成的保 温层里,蒸发器溶化的冷凝水和冰箱最底部流淌出的水由 于无法向外蒸发,长期浸泡着管路,分别腐蚀蒸发管和防 露管,时间一长导致其穿孔.冰箱冷柜的制作材料及其使 用的条件,决定了泄漏故障的根本原因. 冰箱冷柜在维修时,应先注意当断开工艺口时有无制 冷剂喷’出,有多少,由此判断系统泄漏的程度:如果完全无 制冷剂余气喷出,则说明系统泄漏严重,维修中冰堵的可 能性大,特别是对于低压蒸发器的泄漏,由于用户仍在使 用中,运行中压力为负压,泄漏部位很容易将潮气或水份 吸人,所以维修中还应同时按冰堵处理方法慎重处理,争 取一次成功;如果还有一些或少量的余气排出,则说明系 统存在慢漏或微漏,维修中冰堵的可能性就不大.通常只 要放出的氟气少于充注量,系统就一定存在不同程度的泄 漏,对此维修只作加氟处理是不可取的,制冷剂终究还是 会泄漏掉.同时维修中试压保压几小时或几十小时是不够 的,很难证明泄漏,因为冰箱冷柜的系统内有几十克或一 百多克的制冷剂,需分数月甚至几年才能漏完,虽然试压 的压力比原压力要高出很多,但保压几小时或几十小时是 很难查出泄漏的. 一 般情况下,冰箱冷柜泄漏制冷剂是因为系统泄漏. 蒸发器,冷凝器,防露管如果都是铜管,那一般就不存在泄 漏问题了.冷凝器如果是内藏式(平背式)铁管,泄漏的可 能性就很大.对于送修的冰箱冷柜,若蒸发器,冷凝器,防 露管是铁制管,一般不需要充气试压,就是重盘管或更换 冷凝器,断开防露管,一次即成功.同时压缩机也是是否泄 漏的关键.. 还有一点需要注意,采用压缩空气试压时,由于压缩 空气冷却后会将空气中的水份凝结在系统内,容易产生冰 堵,故应使用安全的惰性气体(如氮气)或经干燥处理的压 缩空气试压为好. 冰箱冷柜在维修过程中,管路不清洁,焊接时焊堵,润 滑油不清洁或质量差等因素都会造成氧化物及机械磨损 粉末,干燥剂破损粉末,制冷剂及压缩机内的杂质等堵塞 系统.制冷系统的堵塞一般分为脏堵和冰堵,并有全堵和 半堵(或微堵)之分.冰堵是由于低压系统(下转31页) 窭皇堕二窒:竺:!?