闭式热源塔内宽翅片热交换器换热性能分析

摘要

目前在冬季环境下，为了提高集中空调中制冷机冷端蒸发温度，开发了新一代闭式热源塔设备，利用大风量、宽翅片（间距:6.2mm）和小温差的传热模式吸收室外侧空气热量。由于制冷机冷端蒸发温度往往为负温度，利用具有低凝固点的盐溶液（氯化钙溶液）作为塔内循环换热工质，与制冷机的低温端进行换热，提高制冷剂蒸发温度。随着在较冷环境及较高室内负荷的连续作用，在闭式热源塔内管翅式换交换器表面开始大量结霜。因此，如果继续该结霜工况换热，将严重影响室外侧换热，进而影响机组正常工作。为了能够较好研究宽翅片换热器在结霜工况下换热特点，并结合热源塔实际结构，选择一台多排管翅式换热器（窄翅片，间距:2.2mm）搭建试验平台，同时模拟在结霜工况下非结构参数对换热量的影响。本文先将微分控制方程离散，求解稳态换热工况下出口参数值，并与实验平台所得结果进行对比。通过对多排管翅式换热器在干工况、湿工况及结霜工况下进行试验研究，换热达到稳定状态时计算数据与试验数据匹配良好，误差最高仅为8％。结合前人研究，维持换热器体积不变，利用换热器微元体微分控制方程计算不同工况稳定状态下宽翅片换热器参数分布以及换热器出口温湿度。经与窄翅片对比发现:宽翅片换热器的参数分布较窄翅片更加均匀，但是窄翅片在达到稳定状态下换热较宽翅片更加充分。最后，改变进口空气以及溶液参数（速度、温度、密度和相对湿度），计算结霜工况下两类翅片的换热特点（潜热量、显热量以及全热量），并进行对比分析。结果表明:结霜换热工况下，相比窄翅片换热，宽翅片换热量约占其换热量的60％左右，潜热量约占全热量的37％左右;进口风速对两类翅片换热性能影响区别明显，而其它参数对两者影响不明显。因而，在结霜量较大时，宽翅片换热器进口风量的减小将对其后续换热量影响小，更加适合用在结霜大的场合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本章小结

第2章 翅片管换热器换热试验平台

2．1 试验平台设计

2．1．1 试验台制冷溶液循环

2．1．2 试验台换热循环

2．1．3 试验台储存循环

2．2 试验台换热系统搭建

2．2．1 管路动力设备

2．2．2 温度测量设备

2．2．3 流量测量设备

2．3 试验内容及可靠性分析

2．3．1 试验内容介绍

2．3．2 可靠性分析

2．4 本章小结

第3章 换热过程的热湿交换理论

3．1 管翅式热交换器的几何特征

3．1．1 换热表面积

3．1．2 翅化度及肋化系数

3．1．3 翅片效率

3．2 热湿交换过程

3．3 管翅式换热器换热系数

3．3．1 管外换热系数

3．3．2 管内换热系数

3．3．3 总传热系数K

3．4 对流传热系数拟合

3．5 本章小结

第4章 数值计算模型及MATLAB拟合验证

4．1 换热器数值模型建立

4．1．1 溶液侧控制方程

4．1．2 管壁侧控制方程

4．1．3 空气侧控制方程

4．1．4 空气侧压降控制方程

4．1．5 初始边界条件

4．2 微分方程离散化

4．3 稳定性及截断误差分析

4．3．1 稳定性

4．3．2 截断误差

4．4 编程计算流程

4．5 试验验证与总结

4．6 本章小结

第5章 宽翅片换热器换热性能影响分析

5．1 不同工况下宽翅片换热器参数分布

5．1．1 干工况下换热器参数分布

5．1．2 湿工况下换热器参数分布

5．1．3 霜工况下换热器参数分布

5．2 霜工况下非结构参数对宽翅片换热器换热性能影响

5．2．1 进口流速对换热性能的影响

5．2．2 进口温度对换热性能的影响

5．2．3 相对湿度对换热性能的影响

5．2．4 进口密度对换热性能的影响

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A (研究生期间发表论文以及专利)

附录B (空气及溶液物性参数拟合公式)