微通道蒸发器强化传热性能研究

发布时间：2020-04-25 16:12

【摘要】：微通道换热器作为冷凝器已得到广泛应用,具有综合成本低、高效节能、抗腐蚀耐压高等优势,而其作为蒸发器使用的技术还很不成熟。鉴于微通道蒸发器内汽液两相流动相互干扰影响换热效果,本文通过搭建微通道蒸发器强化传热性能测试实验台以及数值模拟手段,对微通道蒸发器的流动及换热特性进行实验及模拟研究。本文通过实验研究,得出以下结论:(1)低流速(流速小于0.3m/s)时,下部扁管各位置温度低于中部扁管温度低于上部扁管温度,扁管低温区温度分布呈现“直角三角形”形状分布;高流速(流速0.4m/s~0.5m/s)时,各扁管在相同位置温度接近,中部扁管温度略低,扁管低温区温度分布呈现“等腰三角形”形状分布。同时,随制冷剂流速的增加,系统换热量不断增加,微通道蒸发器传热系数增大。(2)随着风速的增加,微通道蒸发器扁管低温分布区域变小,低温分布区域形状亦改变。低风速(风速小于1.5m/s)时,各扁管温升很小,仅为2℃左右,低温分布区域呈现“等腰梯形”形状;高风速(风速2.0m/s~3.0m/s)时,各扁管温升较大,温升10℃左右,低温分布区域呈现“等腰三角形”形状。同时,风速增大,微通道蒸发器传热系数增大,总的换热量加大。但在本实验中,冷水机组冷量有限,当风速大于2.0m/s以后,系统换热量及传热系数基本不变。(3)微通道蒸发器进出口压力随时间不断波动,当流速由0.3m/s增加到0.5m/s,波动频率由为2×10~(-3)/s增加到2.86×10~(-3)/s。随制冷剂流速的增加,微通道蒸发器进出口压降增大,增幅约为66.7%;当风速由2.0m/s增加到2.5m/s,微通道蒸发器进出口压力波动频率由2.86×10~(-3)/s降低到1.67×10~(-3)/s。随风速的增加,微通道蒸发器进出口压降增大,增幅约为185.7%。(4)分析了制冷剂流速和空气侧风速对微通道蒸发器第一流程制冷剂分配均匀性的影响,随制冷剂流速增加,制冷剂分配趋于更加均匀,不均匀度由0.33降低到0.22,降幅约为33%;而风速对制冷剂流量分配不均匀度远胜于制冷剂流速,当风速由1.5m/s增加到2.0m/s,不均匀度陡增,增幅约为83%;当风速由2.0m/s增加到3.0m/s,制冷剂分配不均匀度增幅减小为27%。本文建立微通道蒸发器第一流程二维模型,并采用ANSYS16.0模拟软件,模拟不同制冷剂流速下百叶窗翅片式铝制微通道蒸发器内R134a制冷剂的流动及换热情况,得到的结论如下:(1)制冷剂入口流速在0.2m/s~0.4m/s时,最上端扁管流速最大、最下端扁管流速次之;制冷剂口流速在0.5m/s~1.0m/s时,下部扁管流速较大,中部扁管流速最大,从中部扁管向上的扁管内制冷剂流速降低,但是最上端扁管的流速略有增加。(2)随制冷剂入口流速的增加,微通道蒸发器第一流程压降增大,流速由0.2m/s增大到1.0m/s,压降增大1372Pa。(3)制冷剂入口流速对于制冷剂在微通道蒸发器内分配不均匀度影响较大。随制冷剂入口流速的增加,制冷剂在微通道蒸发器内分配不均匀度降低。当流速大于0.8m/s,微通道蒸发器第一流程制冷剂分配更趋于均匀。制冷剂入口流速0.5m/s,温度为5℃、干度为0,且风道内空气入口温度35℃、风速为2m/s条件下,将模拟值与实验值比较,各扁管内制冷剂温度模拟值与扁管表面温度实验值变化趋势一致,且误差小于4.5℃。比较不同制冷剂入口流速下,微通道蒸发器第一流程制冷剂分配不均匀度,模拟值和实验值变化趋势也基本吻合,实验值略低于模拟值。比较分析基本说明模拟计算是合理的。本文对微通道蒸发器强化传热性能进行了模拟及实验研究,具有一定的科研意义,希望能为微通道蒸发器的相关研究及应用提供参考。
【图文】：

第二章 微通道蒸发器强化传热性能测试实验台介绍搭建微通道蒸发器强化传热性能测试实验台，主要包括：制冷剂 R134a 系统系统、风系统和测量系统。风道内，高温空气与微通道蒸发器内低温制冷剂换温度降低，制冷剂温度升高，温度升高的制冷剂在套管换热器内与冷冻水换升高，被加热的冷冻水在冷水机组制冷作用下，温度降低；与冷冻水换热后温度降低，温度降低的制冷剂在柱塞式工质泵的作用下，再进入微通道蒸发换热。本文主要对制冷剂侧的流动及换热情况进行实验研究，以下将对实验实验测试方法及数据处理方法进行详细介绍。 实验系统介绍微通道蒸发器强化传热性能测试实验台，主要由柱塞式工质泵、涡轮流量换热器、微通道蒸发器、储液桶、变频器、风机、电加热装置、风道、冷水成，如图 2-1 所示。

第二章 微通道蒸发器强化传热性能测试实验台介绍43 根扁管，第一流程 16 根扁管，，第二流程 27 根扁管；每根扁管内有 16 条圆柱形微通道；百叶窗翅片；入口铜管；出口铜管。入口铜管及出口铜管为铜制，其余部分为铝制。其中，入口铜管和出口铜管均垂直于进出口集管布置，铜管直径 8mm；进出口集管及汇流集管为圆柱形，尺寸为：直径 15mm，长度为 413.5mm；扁管长 420mm，宽15mm，厚 1.5mm；每根扁管有 16 通道，通道直径为 0.8mm，进口处，第一根扁管距离底端 5mm，出口处，第 43 根扁管距离顶端 8mm。整体微通道蒸发器尺寸为435mm×413.5mm×15mm，空气侧换热面积为 5.2m2，制冷剂侧换热面积为 0.8m2，空气与制冷剂交叉流动。
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172

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本文编号：2640431