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【HETA】空调器用小管径翅片管蒸发器的优化设计方法

2019-07-02

【HETA】空调器用小管径翅片管蒸发器的优化设计方法 这几年,小管径在空调器中应用较多,它不仅降低了成本,而且降低了易燃工质如R290的爆炸风险,但与此同时,小管径的应用也减少了换热面积,使得空气压降增加。 因此,为了保证采用小管径换热器的空调器具有良好的性能,我们今天来分享下关于小管径翅片管换热器的优化设计方法。一:前言 为了降低成本,并减少制冷剂充注量,小管径翅片管换热器(管径小于或等于5 mm)正在逐渐取代7mm或更大管径的换热器。当管径从7 mm减至5 mm,管路的截面积将减少49%,制冷剂充注量也相应减少。 然而,在空气侧,小管径换热器的翅片尺寸要小于大管径换热器的翅片,即减小了换热面积。另外,与管径密切相关的翅片间距也会减小,使得空气压降增加。在制冷剂侧,采用小管径管路会增加制冷剂压降,并减少管路换热面积。 因此,本文并提出小管径翅片管蒸发器的优化设计方法,包括翅片结构的设计以及制冷剂流路的设计,并对采用5 mm管径蒸发器的空调器进行了实验测试。二:优化设计方法 优化设计方法包括两部分:翅片结构设计和制冷剂流路设计。由于翅片尺寸决定了管间距,进而影响制冷剂流路分配,因此应首先设计翅片结构,其次设计制冷剂流路。图1为优化设计流程图。1、翅片结构设计 在翅片结构设计中,将采用CFD方法对翅片结构进行优化设计。优化设计主要分为如下5个步骤:步骤1:确定最优翅片高宽比Pt/Pl 在本文中,翅片最优高宽比是指在相同翅片面积下,翅片效率最高的翅片高宽比。翅片义乌汽车空调维修效率可定义为:翅片管换热器实际的换热量(Qactual,fin)与最大可能达到的换热量(Qideal,fin)之比,如式(1)所示。 Qactual,fin和Qideal,fin由CFD计算得到。CFD几何模型采用两排管翅片换热器;边界条件为空调蒸发器工况。在实际翅片模型中,翅片与管壁耦合;在理想翅片模型中,设置翅片温度与管壁温度相同。空气上表面和下表面定义为周期性表面。根据CFD计算结果,可以得到具有最高翅片效率的翅片最优高宽比Pt/Pl。步骤2:优化Pt和Pl 在制冷工况下,蒸发器表面会形成一层冷凝液膜。当析湿较为严重时,窗片和桥片都会被这层液膜堵塞,导致其几何结构类似于平片。因此,在设计中采用了平片的关联式来确定翅片尺寸。 设计中,设定的优化目标函数以及约束条件函数见式(2)~(4)。优化目标函数用来分
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