采用小管径换热器的房间空调器特性研究

摘要

房间空调器采用小管径换热器后,不仅可以大大减小材料成本,还可以明显降低制冷剂充注量,从而推进环保工质R290的使用。但是换热器管径的变小,会影响空气侧的换热特性。目前对空气侧换热特性的研究均是针对管径大于等于7mm的换热器,因此需要研究小管径换热器在空气侧的换热特性。换热器管径的变小,还会导致制冷剂压降增加。为保证制冷剂压降处于合理范围,需要增加制冷剂分路数。空调器中采用分流器来避免由于制冷剂分路数增加而导致制冷剂的分配不均。而现有分流器性能参差不齐,对其研究较少也不够全面,因此需要全面研究分流器的分流特性。虽然小管径换热器的应用可以节约成本和减少制冷剂充注量,但采用小管径换热器空调器的整机性能未知。因此需要研究空调器采用小管径换热器后的整体性能,来探究采用小管径换热器的R290空调器是否值得推广。本文对采用小管径换热器的空调器进行了较全面的研究,包括以下内容:
　　1)实验研究了小管径换热器空气侧湿工况下的传热特性。测试对象包括具有不同百叶窗翅片结构的11个管翅式换热器。通过实验发现:随着入口相对湿度的增加,换热因子增加缓慢;换热因子随着翅片间距的增加而减小;实验过程中,5mm管换热器底部出现了水桥,该现象不曾在7mm或更大管径的管翅式换热器中出现。根据实验数据,开发拟合了预测5mm翅片管换热器性能的j因子关联式,85.7％的实验数据误差在±15%内,平均误差为6.5%。并比对了5mm换热因子关联式与大管径换热因子关联式:若采用大管径换热因子关联式来预测5mm翅片管换热器性能,仅有56.4%的实验数据误差在±15%内。
　　2)对小管径换热器常用分流器进行了研究和并提出分流器结构设计方向。通过实验,得出了不同分流器的性能特点:1)插孔式分流器性能受安装角度影响大,适于垂直安装;当两相流体流量增加,其分流性能变好;2)圆锥式分流器性能受安装角度影响最小,在安装角度为0~30°时,具有良好的性能;当两相流体流量增加,分流性能变好;3)反射式分流器性能受安装角度影响较小,可以在安装角度0~15°,具有良好的性能;当两相流体流量增加,分流性能稍变好,但变化不大,具有良好的稳定性。综合安装角度和流体流量对其性能的影响,反射式分流性能最好,圆锥式分流性能其次,插孔式分流性能最差。根据实验结果并结合理论分析,提出了分流器的结构改进方向,并通过实验验证了改进方向的正确性。分流器结构改进方向为:分流器流道应平缓、分流器混合腔截面积应较小。
　　3)研究了流路布置对采用5mm管的室内机和采用4mm管的室外机性能的影响。在此基础上,选择具有最优流路布置的室内机和室外机,对额定制冷量为2600W的空调器进行匹配,用于研究采用小管径换热器的R290空调器的性能。结果表明,采用小管径换热器的R290空调器的制冷量和制热量均大于R22空调器,能效比也高于R22空调器,即采用小管径换热器的R290空调器的性能优良,可以促进R290工质的推广。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状与文献综述

1.3 目前研究工作的不足

1.4 本文的主要工作

第二章 小管径换热器空气侧换热特性研究

2.1 实验对象及工况

2.2 实验装置

2.3 数据导出

2.4 实验结果及讨论

2.5 关联式开发

2.6 本章小结

第三章 小管径换热器分流器分流特性研究

3.1 分流器性能研究技术路线

3.2 分流性能影响因素理论分析

3.3 分流器性能实验测试

3.4 分流器结构改进

3.5 改进方案实验验证

3.6 本章小结

第四章 采用小管径换热器的R290空调器整机性能研究

4.1 空调器整机性能研究思路

4.2 室内机性能研究

4.3 室外机性能研究

4.4 采用小管径换热器的R290空调器整机性能研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文