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家用空調換熱器內充注量的研究情況點擊：2190 日期：[ 2014-04-26 21:53:36 ] |
| 家用空調換熱器內充注量的研究情況 蘇順玉 張春枝 陳儉 武漢科技大學城市建設學院 摘要：對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量的計算是空調系統充注量計算的關鍵,而冷凝器和蒸發器內的制冷工質又主要以氣液兩相狀態存在,因此兩相區內的制冷劑質量的計算需要選擇合適的空泡系數模型。本文以Harms模型計算兩相區內的空泡系數,并在Harms模型的基礎上對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量進行了計算和分析。結果表明,家用空調系統內的充注量主要分布在冷凝器和蒸發器內。 關鍵詞：空調換熱器 Harms模型 空泡系數 充注量 文章編號:1003-0344(2008)05-039-3 0·引言 制冷劑充注量與制冷裝置的工作特性是緊密相關的。對于采用毛細管作為節流元件的制冷空調裝置,調節能力比熱力膨脹閥要差,充注量的變化明顯影響系統的工作特性。如果充注量過大,將引起蒸發溫度、冷凝溫度上升,由于冷凝器和蒸發器參與換熱的有效面積減小,蒸發器不能將冷量充分發揮出來;如果充注量過小,蒸發、冷凝壓力都下降,蒸發器的傳熱溫差增加了,而制冷劑的制冷量卻減少了,系統工作特性也不符合要求[1、2]。在沒有儲液器的空調系統中,制冷劑主要在冷凝器和蒸發器內流動和換熱,而制冷劑在冷凝器和蒸發器內存在著復雜的兩相流動區域,因此對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量的計算是空調系統充注量計算的關鍵。 制冷裝置中制冷劑量的計算,需要根據具體的結構,確定包含制冷劑的各部件中制冷劑的狀態。蒸發器、冷凝器中各相所占的體積,對于計算結果影響很大,對充注量的計算很重要。單相區的制冷劑質量的計算相對容易些,兩相區內的制冷劑質量的計算需要選擇合適的空泡系數模型。本文選用Harms模型計算兩相區內的空泡系數[3、4],并在Harms模型的基礎上對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量進行了計算和分析。 1·基本方程 對冷凝器和蒸發器的流動和傳熱計算,可簡化為如下數學模型[1]: 2·方程的求解 在冷凝器和蒸發器內,制冷劑既存在單相狀態,又存在氣液兩相狀態。其中,兩相換熱比單相換熱更復雜。對于單相的過熱區和過冷區,制冷劑側的換熱系數可采用Dittus-Boelter公式[5]計算;對冷凝器內的兩相流,制冷劑側的換熱系數采用Shah關聯式[6]計算;對蒸發器內的兩相流,忽略空氣側析濕影響,制冷劑側的換熱系數采用Wang關聯式[7]計算。制冷循環工質采用R22。 3·換熱器內制冷劑量的計算 3.1冷凝器制冷劑量的計算 冷凝器內制冷劑量的計算以對基本方程的計算為基礎,取管徑d=8.82 mm,質量流量G=243.04 kg/m·2s。 根據文獻[8],制冷工質出壓縮機后分6路進入冷凝器,在冷凝器內冷凝后匯集在一根管內,經過過冷后出冷凝器。選其中1路管內的制冷工質進行計算,計算結果表明,干度x沿管長z方向的變化近似線性。其線性方程為: 3.2蒸發器制冷劑量的計算 蒸發器內制冷劑量的計算以對基本方程的計算為基礎,取管徑d=8.82mm,質量流量G=208.32 kg/m·2s。根據文獻[9],制冷工質經毛細管節流后分7路進入蒸發器,進入蒸發器的制冷工質為氣液兩相狀態,在蒸發器內逐漸蒸發,最后以過熱狀態匯集在一根管內離開蒸發器。選其中1路管內的制冷工質進行計算,計算結果表明,干度x沿管長z方向的變化近似線性。其線性方程為: 3.3制冷系統實際充注量及在冷凝器和蒸發器中的分布比例 在標準工況下,采用焓差實驗方法,對一臺12 kW分體式空調進行實驗研究,可測得制冷劑充注量對空調系統制冷量的影響。圖1為實測的空調系統制冷量隨制冷劑充注量的變化曲線。從圖中可以看出,當制冷劑充注量為3.55 kg時,空調系統制冷量達到最大值。因此,根據實驗結果,取制冷系統實際充注量為3.55 kg。 由以上分析計算可看出,制冷系統內的充注量主要分布在冷凝器和蒸發器內,而冷凝器和蒸發器內制冷劑又主要以氣液兩相狀態存在,因此,對代表制冷劑氣液兩相特征的空泡系數模型的分析是制冷系統充注量計算的關鍵。 4·結論 冷凝器和蒸發器內制冷劑主要以氣液兩相狀態存在,本文用Harms模型計算了家用空調換熱器管內制冷劑的空泡系數,并在Harms模型和實測空調系統制冷劑充注量的基礎上對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量進行了計算和分析。結果表明,制冷系統內的充注量主要分布在冷凝器和蒸發器內。因此對冷凝器和蒸發器內所含制冷劑量的計算是空調系統充注量計算的關鍵。 參考文獻 [1]陳芝久.制冷系統熱動力學[M].北京:機械工業出版社,1998 [2]謝旭明,石文星.制冷系統中制冷劑分布特性的研究現狀[J].制冷與空調,2004,4(6):1-4 [3]Todd M Harms,Daqing Li,Eckhard A Groll,et al.A voidfraction model for annular flow in horizontal tubes[J].International Journal of Heat and Mass Transfer.2003,46:4051-4057 [4]蘇順玉,徐靜.家用空調換熱器管內制冷劑空泡系數的研究[J].制冷與空調,2007,7(1):43-45 [5]Dittus F W,Boelter L M K.Heat transfer in single phase for platefinned tube heat exchangers[A].In:Proceedings of the 5thInternational Heat Transfer Conference[C].San Francisco,1980:2275-2280 [6]Shah,M M.A general correlation for heat transfer during filmcondensation inside pipes[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,1979,22(4):547-556 [7]Wang H,Touber S.Distributed and non-steady-state modeling ofan air cooler[J].International Journal of Refrigeration,1991,14(2):98-111 [8]蘇順玉,劉偉.空調冷凝器的數值模擬及分析[J].華中科技大學學報(自然科學版),2007,35(9):47-50 [9]蘇順玉,徐靜.房間空調蒸發器的數值模擬及分析[J].建筑熱能通風空調,2007,26(2):29-32 |
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