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原文传递微通道蒸发器表面结露工况下性能研究

论文题名：	微通道蒸发器表面结露工况下性能研究
关键词：	蒸发器;汽车空调;换热性能;结露工况
摘要：	微通道换热器因其热效率高、制冷剂充注量小等特点，被广泛应用于汽车空调，但当其作为家用空调系统蒸发器使用时会因为结露影响换热性能。本文针对微通道换热器结露工况下的流动和换热性能进行模拟和实验研究，对比分析模拟和实验结果，探讨影响换热性能的关键因素。　　本研究建立了微通道换热器百叶窗翅片的三维物理和数学模型，并根据其结构和换热特点对物理模型进行了简化。采用结构化网格和非结构网格对计算区域进行网格划分，利用Fluent软件模拟空气进口状态参数、迎面风速和冷冻水进口温度对微通道换热器的流动和换热特性的影响，得到如下结论：　　1）绝大多数空气均从百叶窗之间流过，其余流体从翅片之间的缝隙穿过。空气温度沿流动方向逐渐降低，在同一流进深度的情况下，靠近扁管（Z=1mm）处的空气温度相对较低，而对称面（Z=5mm）的空气温度为相同流进深度情况下的最高值，空气温度在前半部分下降较快，故换热过程主要发生在前半部分。　　2）微通道换热器空气出口温度随空气进口温度、相对湿度、迎面风速及冷冻水进口温度的增加而增大。空气侧压降随迎面风速的增加而增大，在迎风面尺寸及百叶窗翅片结构参数相同的条件下，空气侧压降大小主要取决于 Re数的大小，而迎面风速越大，Re数越大，故压降随迎面风速的提高而增大。空气侧换热系数亦随空气进口温度、相对湿度、迎面风速的增加而增大，随冷冻水进口温度的提高而减小。在空气进口温湿度和冷冻水进口温度不变的情况下，随着迎面风速的提高，压降的增幅从开始的25.3％下降到6.4%，空气侧换热系数的增幅则从12.7%下降至6%。空气侧进出口压降增大到85Pa左右时，其增量开始迅速减小，这是由其外形尺寸和翅片结构参数共同决定的。当空气进口温湿度和迎面风速一定时，冷冻水进口温度每提高1℃，空气侧换热系数大约平均下降5.4%左右。　　本研究中建立了微通道换热器性能测试实验台，由移动冷源为系统提供冷冻水。通过模拟换热器表面结露工况，改变空气进口状态参数、迎面风速和冷冻水进口温度对微通道换热器换热表面结露的性能进行实验研究，得出如下结论：　　1）随着空气进口温度和相对湿度的升高，空气出口温度、压降、空气侧换热系数和制冷量均增大。在迎面风速和冷冻水进口温度不变的情况下，空气进口温度每升高1℃，压降、空气侧换热系数和制冷量分别增大5%、4%和2%；相对湿度每提高10%，压降、空气侧换热系数和制冷量分别增大8%、12%和3%。当各影响因素均不变时，结露后期的压降比结露初期约增大150%，而空气侧换热系数和制冷量比结露初期各自分别下降23%和18%左右。　　2）随着迎面风速的增大，空气出口温度、压降、空气侧换热系数和制冷量均不同程度变大。在空气进口温湿度和冷冻水进口温度不变的情况下，迎面风速每提高0.25m/s，空气出口温度、压降、空气侧换热系数和制冷量大约增大5%、20%、13%和9%。当迎面风速在较小范围内变化时，结露后期的压降比结露初期至少增大一倍，空气侧换热系数和制冷量比结露初期分别降低了24%和7%。　　3）随着冷冻水进口温度的升高，空气出口温度逐渐升高，压降、空气侧换热系数和制冷量均逐渐减小。当空气进口温湿度和迎面风速一定时，冷冻水进口温度每提高1℃，空气出口温度增大5%，压降、空气侧换热系数及制冷量分别平均下降8.3%、7.6%和3%。　　根据模拟和实验的对比结果来看，压降、空气侧换热系数的实验测试值和模拟计算值随迎面风速的变化趋势基本一致，误差也在较小范围内。　　综上可知，结露对压降的影响最大，结露初、后期压降的增量最高可达两倍以上；其对空气侧换热系数的影响也较大，结露前后下降幅度大约在20%~30%范围内；换热器制冷量受结露的影响最小，结露前后的制冷量降低了5%~9%左右，但从换热器的换热能力本身来讲，这也是不容忽视的。在换热器表面结露工况下，随着空气进口温度、相对湿度和迎面风速的提高，空气出口温度、压降、空气侧换热系数和制冷量均有不同程度的增大，故存在的空气进口温度、相对湿度和迎面风速的最佳组合使得空气出口温度和压降保持在较小的范围内，而换热器的换热效果又比较可观。随着冷冻水进口温度的升高，空气出口温度逐渐升高，压降、空气侧换热系数和制冷量均逐渐减小，所以在保证空气出口温度和压降符合要求的前提下，应尽量降低冷冻水的进口温度以达到提高换热器换热性能的目标。　　本文对微通道换热器结露工况下的性能进行了较为全面的研究，分析了换热器空气侧进口参数、迎面风速、冷冻水进口温度及结露过程对其性能的影响，具有一定科研意义和实用价值，可以为微通道换热器应用于家用及商用空调系统提供参考。
作者：	张志强
专业：	供热、供燃气、通风及空调工程
导师：	陈华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津商业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文