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家用空调换热器内充注量的研究情况

点击:1315 日期:[ 2014-04-26 21:53:36 ]
                         家用空调换热器内充注量的研究情况                              苏顺玉   张春枝   陈俭                            武汉科技大学城市建设学院     摘要:对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量的计算是空调系统充注量计算的关键,而冷凝器和蒸发器内的制冷工质又主要以气液两相状态存在,因此两相区内的制冷剂质量的计算需要选择合适的空泡系数模型。本文以Harms模型计算两相区内的空泡系数,并在Harms模型的基础上对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量进行了计算和分析。结果表明,家用空调系统内的充注量主要分布在冷凝器和蒸发器内。     关键词:空调换热器    Harms模型    空泡系数    充注量     文章编号:1003-0344(2008)05-039-3     0·引言     制冷剂充注量与制冷装置的工作特性是紧密相关的。对于采用毛细管作为节流元件的制冷空调装置,调节能力比热力膨胀阀要差,充注量的变化明显影响系统的工作特性。如果充注量过大,将引起蒸发温度、冷凝温度上升,由于冷凝器和蒸发器参与换热的有效面积减小,蒸发器不能将冷量充分发挥出来;如果充注量过小,蒸发、冷凝压力都下降,蒸发器的传热温差增加了,而制冷剂的制冷量却减少了,系统工作特性也不符合要求[1、2]。在没有储液器的空调系统中,制冷剂主要在冷凝器和蒸发器内流动和换热,而制冷剂在冷凝器和蒸发器内存在着复杂的两相流动区域,因此对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量的计算是空调系统充注量计算的关键。     制冷装置中制冷剂量的计算,需要根据具体的结构,确定包含制冷剂的各部件中制冷剂的状态。蒸发器、冷凝器中各相所占的体积,对于计算结果影响很大,对充注量的计算很重要。单相区的制冷剂质量的计算相对容易些,两相区内的制冷剂质量的计算需要选择合适的空泡系数模型。本文选用Harms模型计算两相区内的空泡系数[3、4],并在Harms模型的基础上对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量进行了计算和分析。     1·基本方程     对冷凝器和蒸发器的流动和传热计算,可简化为如下数学模型[1]:                      2·方程的求解     在冷凝器和蒸发器内,制冷剂既存在单相状态,又存在气液两相状态。其中,两相换热比单相换热更复杂。对于单相的过热区和过冷区,制冷剂侧的换热系数可采用Dittus-Boelter公式[5]计算;对冷凝器内的两相流,制冷剂侧的换热系数采用Shah关联式[6]计算;对蒸发器内的两相流,忽略空气侧析湿影响,制冷剂侧的换热系数采用Wang关联式[7]计算。制冷循环工质采用R22。     3·换热器内制冷剂量的计算     3.1冷凝器制冷剂量的计算     冷凝器内制冷剂量的计算以对基本方程的计算为基础,取管径d=8.82 mm,质量流量G=243.04 kg/m·2s。     根据文献[8],制冷工质出压缩机后分6路进入冷凝器,在冷凝器内冷凝后汇集在一根管内,经过过冷后出冷凝器。选其中1路管内的制冷工质进行计算,计算结果表明,干度x沿管长z方向的变化近似线性。其线性方程为:                                     3.2蒸发器制冷剂量的计算     蒸发器内制冷剂量的计算以对基本方程的计算为基础,取管径d=8.82mm,质量流量G=208.32 kg/m·2s。根据文献[9],制冷工质经毛细管节流后分7路进入蒸发器,进入蒸发器的制冷工质为气液两相状态,在蒸发器内逐渐蒸发,最后以过热状态汇集在一根管内离开蒸发器。选其中1路管内的制冷工质进行计算,计算结果表明,干度x沿管长z方向的变化近似线性。其线性方程为:                                     3.3制冷系统实际充注量及在冷凝器和蒸发器中的分布比例     在标准工况下,采用焓差实验方法,对一台12 kW分体式空调进行实验研究,可测得制冷剂充注量对空调系统制冷量的影响。图1为实测的空调系统制冷量随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出,当制冷剂充注量为3.55 kg时,空调系统制冷量达到最大值。因此,根据实验结果,取制冷系统实际充注量为3.55 kg。                     由以上分析计算可看出,制冷系统内的充注量主要分布在冷凝器和蒸发器内,而冷凝器和蒸发器内制冷剂又主要以气液两相状态存在,因此,对代表制冷剂气液两相特征的空泡系数模型的分析是制冷系统充注量计算的关键。     4·结论     冷凝器和蒸发器内制冷剂主要以气液两相状态存在,本文用Harms模型计算了家用空调换热器管内制冷剂的空泡系数,并在Harms模型和实测空调系统制冷剂充注量的基础上对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量进行了计算和分析。结果表明,制冷系统内的充注量主要分布在冷凝器和蒸发器内。因此对冷凝器和蒸发器内所含制冷剂量的计算是空调系统充注量计算的关键。 参考文献 [1]陈芝久.制冷系统热动力学[M].北京:机械工业出版社,1998 [2]谢旭明,石文星.制冷系统中制冷剂分布特性的研究现状[J].制冷与空调,2004,4(6):1-4 [3]Todd M Harms,Daqing Li,Eckhard A Groll,et al.A voidfraction model  for annular flow in horizontal tubes[J].International Journal of Heat  and Mass Transfer.2003,46:4051-4057 [4]苏顺玉,徐静.家用空调换热器管内制冷剂空泡系数的研究[J].制冷与空调,2007,7(1):43-45 [5]Dittus F W,Boelter L M K.Heat transfer in single phase for  platefinned tube heat exchangers[A].In:Proceedings of the  5thInternational Heat Transfer Conference[C].San Francisco,1980:2275-2280 [6]Shah,M M.A general correlation for heat transfer during  filmcondensation inside pipes[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,1979,22(4):547-556 [7]Wang H,Touber S.Distributed and non-steady-state modeling ofan air  cooler[J].International Journal of Refrigeration,1991,14(2):98-111 [8]苏顺玉,刘伟.空调冷凝器的数值模拟及分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2007,35(9):47-50 [9]苏顺玉,徐静.房间空调蒸发器的数值模拟及分析[J].建筑热能通风空调,2007,26(2):29-32
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