化工设计之空调器中管翅式换热器的强化传热设计

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1、学号：课程论文学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 化学工程与工艺班 姓 名 题 目 空调器中管翅式换热器的强化传热设计 成 绩 2015 年 6 月 15 日目 录1.空气侧的强化传热11.1换热器性能影响的结构参数11.1.1翅片间距11.1.2换热器翅片表面性能的改进21.1.3管排数21.1.4管径31.1.5不同类型翅片的使用场合32.制冷剂侧的强化传热42.1使用内螺纹管42.2使用椭圆管43.盘管设计的优化43.1合理的回路设计53.2不对称盘管设计54.结论5参考文献5空调器中管翅式换热器的强化传热设计 摘 要：为了提高换热效率,换热器的结构从多方面进行了强化传

2、热设计。介绍了如今应用范围比较广泛的几个设计理念,并对其进行分析总结。 关键词：换热器、空调制冷、传热设计Abstract：In order to improve the efficiency of heat transfer, the structure of heat exchanger is enhanced by heat transfer design. This paper introduces some design ideas which are widely used today, and analyzes and summarizes them.Keywords：Heat

3、exchanger、Air conditioning refrigeration、Heat transfer design前言 提高空调器效率的方法有很多,如高效变频压缩机的采用,冷凝器和蒸发器的优化设计,先进节流元件的采用,控制系统的优化等等。虽然变频压缩机和电子膨胀阀的使用将大大提高系统的能效比，但冷凝器和蒸发器换热效率的高低也直接决定了整个系统的能效水平。现将针对空调器的优化设计进行初步的讨论。这些优化措施包括空气侧的换热强化,制冷剂侧的强化传热,盘管的设计优化等多个方面。1.空气侧的强化传热 在空调器中,换热器多数采用铜管套翅片的结构形式组成的传热管束。传热管束是用直径较小的紫铜管穿上

4、铝翅片,排成2至8排制成管束。冷热水在管内为蛇形往复流动,空气在管外翅片间穿行,同时被加热或冷却。翅片采用整体式翅片形式,翅片片型有平板型、皱纹型(其中,波纹板应用最多)及开缝型(如条缝型、百叶窗型等),(图1)。从20世纪90年代开始,百叶窗型的翅片在欧洲得到了大力发展。1.1换热器性能影响的结构参数1.1.1翅片间距关于翅片间距对换热性能的影响, Rich研究了管径为13.34mm,管间距为27.5mm,排间距为31.75 mm情况下的14种平板翅片盘管的情况。试验结果得到: 4排管时,换热性能与翅片间距无关；每排管的压力降也与管排数无关。然而对1排或2排管,规律有所不同。ReDc>

5、5 000时,涡流的影响占据了重要位置,翅片间距的影响可忽略。当ReDc<5 000时,热交换性能随翅片间距的减小而增大1。Wang等人的试验也证实了此观点，同时还证实了对多排百叶翅片和波纹翅片换热器具有相同规律。研究发现:较高的空气流速和较大的管排数都会导致涡流区域的产生，因此，翅片间距对换热系数的影响均可忽略。1.1.2换热器翅片表面性能的改进铝翅片换热器在使用中存在如下问题：首先,铝翅片工作在干湿交替的环境中,其表面会形成Al2O3·H2O氧化层粉末,带来机器寿命减少和环境污染两方面的问题；此外,湿工况作业时,空气中的水分冷凝,附着在翅片上形成水桥，导致风阻增加，能耗加大

6、。表面涂膜处理是解决问题的有效方法，空调热交换器表面涂膜处理技术是20世纪90年代发展起来的新技术，主要进行耐蚀性涂膜处理和亲水性涂膜处理。 进行翅片表面涂膜处理后，空气侧的阻力特性会得到极大改观。Mimaki(1987)对带亲水涂层的换热器进行了研究，他发现，采用亲水涂层翅片后，湿工况下的压降降低到原来的40% 50%；空气侧的热传递系数增加了23个百分点2。K.Hong和R. L.Webb发现，对波纹片、开缝片和百叶片3种翅片形式，在2.5m/s迎面风速时,带亲水涂覆层时的湿工况和干工况下的压降比均为1.23。即对湿盘管，在百叶翅片和波纹翅片上采用亲水涂覆层，当迎面风速为2.5m/s时，可

7、使湿工况下压降损失分别降低45%和15%。因此，涂覆层对百叶翅片的影响要比对波纹翅片的影响大。1.1.3管排数对于平板型翅片：在管排数较大、翅片间距较小，且雷诺数较低时，管排数对换热特性的影响才显著起来。当ReDc<3 000时，由于边界层的影响，换热因子将随管排数的增加而减小；管排数对摩擦阻力因子的影响相对较小。然而当ReDc>3 000时，管排数对换热的影响将减小4。 对于波纹形翅片：低雷诺数下，管排数对换热系数和摩擦系数没有明显的影响；而在高雷诺数下，换热系数会随着管排数的增加而增加5。对于开缝型翅片：低雷诺数下，管排数对换热系数有显著的影响，换热因子会随着管排数的增加而急剧

8、降低；管排数对摩擦因子的影响相对较小6。1.1.4管径对于平板型翅片，管径越大的，造成管后的无效面积也越大。换热系数随着换热管管径的减小而稍有增大。比如，对于单排管和双排管，Dc=8.51mm时的换热系数比Dc=10.23mm的稍高；但Dc=10.23mm的压降却比Dc=8.51mm的要大10% 15%7。对于其他的翅片类型(波纹形翅片、条缝形翅片、百叶窗翅片)，采用小管径，同样可以减小管排的拖曳作用，从而增大管外换热系数；并能够减小压降损失。如：对百叶窗翅片，当迎面风速Vf<1.5m/s时,采用小管径的多排管结构有利于提高换热器的换热性能,并能够减小10%的压降损失。1.1.5不同类型