顶排管性能测试实验研究

发布时间：2017-06-10 12:05

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【摘要】：顶排管作为冷冻冷藏库内常用的冷却设备之一,在冷库降温过程中具有诸多优势。但其自然对流换热过程的复杂性,整个换热过程包括导热、对流以及辐射三种形式,导致对自然对流条件下的冷却排管理论分析求解比较困难。目前,对顶排管的设计选型计算换热系数一般都是采用一些经验值,或按相关的设计规范确定。这些方法给出的换热系数不能满足实际设计要求,因此有必要对其进行深入的研究。本文通过参照冷风机性能测试的规范标准,深入分析相关标准,完成顶排管蒸发器性能实验的初步设计。首先对冷库维护结构的漏热量进行了测试,得出冷库围护结构的真实换热系数,再利用该值对顶排管进行制冷工况下的性能测试。然后对顶排管制冷进行实验,实验工况主要包括:库温为-10℃、-18℃、-25℃和-30℃,同时控制顶排管的蒸发温度与库内环境温度之间的温差?t分别为10℃、7℃和5℃,总共12个制冷工况,利用空气侧热平衡法和制冷剂侧焓差法准确测出不同工况下顶排管的实际制冷量。最后根据实验工况对数据进行对比分析可得出以下结论:(1)对自然对流条件下,冷库内温度分布均匀性与波动性的分析发现,无论是在升温或降温过程中,当库内温度达到稳定的情况下,库内各温度测点的波动不大,即每一测点的温度波动幅度均在0.3℃以内;对制冷工况下各位置布点温度的分析发现,对于电加热布置不均匀时,库内各位置温度测点存在一定的温差,但该温差值相对小,同时在库内同一位置不同高度方向上也会出现一定的小温差,且该小温差为自下至上温度逐渐降低。(2)应用制冷剂焓差法与空气侧热平衡法计算顶排管的制冷量,这两种方法所得到的制冷量存在一定的差值,且用焓差法计算得到的制冷量均要大于用空气侧热平衡法所测得值,但其差值均在12%以内,并且制冷量均随着温差的增大而增大。(3)对比各工况下换热系数的变化情况发现,随着传热温差的增大其传热系数K均有上升的趋势,但其值变化均非常小,变化范围在0.3W/m2·K以内;并且发现传热系数K最大的工况出现在库温-25℃传热温差为10℃时,而传热系数K最小的工况为库温-30℃传热温差为5℃时。(4)通过对比分析实验与理论计算的传热系数发现,实验与理论基本吻合,均出现在相同的库温环境下,传热系数随传热温差的增加而增加,并从整体分析发现假设模型2与实验误差不大,且具有较好的吻合性。
【关键词】：顶排管 自然对流 对流换热系数 辐射换热系数 漏热量
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB657.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 前言10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 冷冻冷藏库的发展现状及其发展趋势11-12
• 1.2.1 国外冷冻冷藏库的发展概况11-12
• 1.2.2 国内冷冻冷藏库的发展概况12
• 1.3 排管型蒸发器在冷库中的应用12-13
• 1.4 国内外自然对流换热研究的概述13-16
• 1.4.1 翅片管在自然对流情况下传热特性的研究13-16
• 1.4.2 冷库内温度场与流场分布特性的研究16
• 1.5 本课题研究的内容16-18
• 第二章 顶排管蒸发器换热过程的理论分析18-32
• 2.1 顶排管传热热阻的理论分析18-19
• 2.2 自然对流顶排管换热系数的影响因素19-20
• 2.3 顶排管换热过程的理论分析20-26
• 2.3.1 顶排管自然对流换热系数的计算22-25
• 2.3.1.1 空气侧各参数的计算22-23
• 2.3.1.2 对流换热系数的计算23-24
• 2.3.1.3 制冷剂侧各参数的查找计算24-25
• 2.3.2 顶排管辐射换热系数25-26
• 2.4 顶排管总换热系数在两种假设条件下的理论计算26-29
• 2.4.1 假设把竖翅片管考虑成竖直平板的换热形式27-28
• 2.4.2 假设考虑成两竖直平壁与一横管形式的加权平均28-29
• 2.5 模型的计算分析29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 顶排管换热性能实验装置及实验方法32-43
• 3.1 实验目的32
• 3.2 实验装置介绍32-38
• 3.2.1 冷凝压缩机组34
• 3.2.2 制冷剂R404A34
• 3.2.3 电气控制系统34-36
• 3.2.4 顶排管蒸发器36
• 3.2.5 冷库围护结构36
• 3.2.6 其它辅助部件及设备36-38
• 3.2.6.1 蒸发器出口的调节阀36-37
• 3.2.6.2 电加热辅助设备37-38
• 3.3 实验仪器38-40
• 3.4 测量方法40-41
• 3.4.1 温度数据采集40
• 3.4.2 功率测量40-41
• 3.4.3 流量计41
• 3.4.4 压力表41
• 3.5 实验步骤41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 顶排管换热性能实验方案和实验误差分析43-51
• 4.1 顶排管性能测试试验工况43
• 4.2 顶排管制冷量的测试方法43-46
• 4.2.1 制冷剂侧焓差法44
• 4.2.2 空气侧热平衡法44-46
• 4.2.3 顶排管换热性能实验所需测量的参数46
• 4.3 数据处理方法46-48
• 4.4 实验误差分析48-50
• 4.4.1 测量设备本身产生的误差49
• 4.4.2 实验条件影响所产生的误差49-50
• 4.4.3 实验数据处理所产生的误差50
• 4.5 本章小节50-51
• 第五章 顶排管性能实验结果分析51-64
• 5.1 冷库漏热量的实验研究51-54
• 5.1.1 库壁漏热均匀性分析51-52
• 5.1.2 库壁传热系数的计算52-54
• 5.2 库内温度波动与均匀性分析54-56
• 5.2.1 库内、外测点温度波动性分析54-55
• 5.2.2 库内温度均匀性分析55-56
• 5.3 制冷剂在顶排管内蒸发过程的分析56-59
• 5.3.1 不同蒸发温度下顶排管各管段的温度分布56-57
• 5.3.2 不同蒸发温度下顶排管基管与翅片的温差变化情况57-59
• 5.4 两种计算顶排管制冷量的方法分析59-60
• 5.5 不同工况下的传热系数60-62
• 5.5.1 库温相同，不同传热温差对顶排管传热系数的影响60-61
• 5.5.2 传热温差相同，不同库温对顶排管传热系数的影响61-62
• 5.6 顶排管传热系数的理论值与实验值对比分析62-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表论文70-72
• 致谢72-73

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