插片式微通道换热器换热特性实验研究与三维参数化设计平台开发

摘要

能源问题越来越得到重视，换热器作为制冷空调领域重要的热交换设备，其节能优化设计也得到了广泛的关注和研究，强化换热是换热器优化研究的一个重要方向。微通道换热器作为一种高效、紧凑型换热器已经被广泛应用于能源与动力、石油化工、航空航天、制冷空调等各个行业中。本文针对微通道换热器在蒸发器及热泵应用上的不足，开发了新的翅片结构并对翅片结构做出优化，并通过实验验证了结构设计的可靠性。同时用仿真模拟与实验相结合的方法拟合了新翅片的设计计算关联式，并将其嵌入设计计算软件，最终开发出针对微通道换热器的三维参数化设计平台，将设计计算与零部件选型和出图整合在一起，大大提高了工作效率。本论文主要工作内容如下: (1)设计搭建了微通道换热器的风洞单体试验台用以研究翅片的传热及压降特性，介绍了实验台的基本构成、实验设备、实验仪表及实验操作过程。在此试验台上对不同翅片类型及翅片间距的换热器进行了大量的实验研究，得到了翅片结构参数对空气侧流动换热的影响趋势。同时根据实验结果矫正了模拟计算的初始条件及计算结构，验证了模拟计算的可靠性。利用矫正后的模拟结果拟合出关于不同翅片的传热因子j和摩擦因子f的经验关联式。 (2)将插片式换热器应用于R32系统的热泵空调，通过实验与管片式换热器对比，旨在对插片式微通道换热器应用于热泵系统时的特点做出初步探讨。在换热器尺寸及运行条件相同的前提下分别对16系列和20系列两套不同换热器设计方案进行实验，以年平均换热量和APF作为综合评价指标。结果表明:20系列插片式换热器制冷剂充注量比管片式换热器降低了25％，年平均换热量提高了1.5％，全年APF提升了0.3％;16系列的插片式换热器年平均换热量提高了2.5％，APF提升了3.2％。进一步对翅片结构以及布管方式进行合理优化后，结霜工况下平均换热量也由管片式的78.6％提升到了95.06％。说明插片式换热器有应用于热泵系统的可行性和优势，具有一定的开发前景 (3)搭建微通道换热器三维参数化设计平台，将换热器设计计算与模型建立、工程图的生成关联起来。规范绘图流程，建立标准零件数据库，利用C#语言对SolidWorks软件进行二次开发，缩短换热器设计周期，提高工作效率，实现协同设计。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2研究目的与意义

1．3研究现状

1．3．1结构设计方面的研究

1．3．2表面凝露结霜方面的研究

1．3．3换热器计算机辅助设计研究

1．4本文主要研究内容

第二章强化传热技术

2．1强化传热技术概述

2．2强化传热技术的分类

2．3对流强化传热机理分析

2．3．1增大平均传热温差强化传热

2．3．2增大传热面积强化传热

2．3．3提高传热技术强化换热

2．4研究方法

2．5本章小结

第三章插片式翅片结构优化

3．1插片式翅片的结构参数

3．2不同结构翅片数值模拟

3．3插片翅片结构优化

3．3．1设计思路说

3．3．2设计过程

3．3．3强化翅片对比分析

3．3．4设计改进

3．4本章小结

第四章插片翅片换热性能实验与仿真

4．1实验装置介绍

4．2实验结果分析

4．2．1实验结果

4．2．2不同工况下换热器性能分析

4．2．3不同工况下空气侧压降分析

4．3实验公式的拟合

4．4数值模拟计算

4．4．1物理模型的建立

4．4．2模拟计算条件

4．4．3模拟结果处理

4．5本章小结

第五章换热器性能匹配验证

5．1测试元件

5．2测试工况

5．3实验结果分析

5．3．1性能对比分析

5．3．2结霜性能对比分析

5．3．3换热器结构优化

5．4本章小结

第六章三维参数化设计

6．1利用SolidWorks进行参数化设计

6．2微通道换热器参数化建模

6．2．1零部件参数化建模

6．2．2装配体和工程图的参数化建模

6．3本章小结

第七章总结与展望

7．1总结

7．2创新点

7．3展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢