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管带式换热器动态调节性能的研究分析点击：1696 日期：[ 2014-04-26 22:21:38 ] |
| 管带式换热器动态调节性能的研究分析 付卫东 吴金星 (郑州大学) 摘要：建立管带式换热器的动态数学模型，采用Matrix 进行仿真，比较改变人口液体流速与入口液体温度时的出口气体温度的响应，分析其动态性能，以确定最佳调节方案。仿真结果表明：气体侧的出口温度在改变液体侧入口速度时，开始时响应较快，但经过较短时间后，即使改变液体侧的入口流速，气体侧的出El温度基本不再改变。气体侧的出口温度对改变液体侧入口温度的响应惯性较大，但它能随液体侧人口温度的变化而变化。因此，改变液体的入口温度能对气体的出口温度进行调节。 关键词：换热器动态特性数学模型仿真 目前我国一些学者多采用实验方法确定换热器气体侧的换热系数。其中刘维华等l1]用实验方法得出了适应范围较广的气体侧的换热系数计算的准则方程。管带式换热器作为空调制冷系统的关键设备之一，其性能好坏直接关系到系统的经济性及可靠性，因此对其动态性能的研究非常重要。笔者主要研究液体介质为水的换热器，改变其人口流速与改变其人口温度相比较，分析其动态性能，以确定最佳调节方案。 1 管带式换热器的动态数学建模 在建立管带式换热器的动态数学模型时首先做如下假设：① 扁管内液体流动是一维的，层流流动；② 忽略液体介质沿流向的传热；③ 气体介质在管带式换热器中与壁面的换热系数为常数。由此可推导出管带式换热器的动态数学模型。液体流动的能量方程： 笔者对一个液体介质为水、气体为空气的管带式换热器，把它划分为28个单元进行仿真，仿真结果如图2和3所示。其中图2(a)为不改变水的入口温度，水的入口速度为：从0上升到2米 、宽度为1秒的斜坡信号输入，空气的出lZl温度响应；图2(b)为不改变水的入口温度，水的入口速度为：波峰为2米 、波谷为0及宽均为2秒的方齿波输入，空气的出口温度响应。图3(a)为不改变水的流速，水的入口温度为：从308 K下降到275 K、宽为1秒的斜波输入，空气的出口温度响应；图3(b)为不改变水的流速，水的入lZl温度为：波峰308 K，波谷为275 K及宽均为2秒的方齿波输入，空气的出lZl温度响应。 从仿真结果(图2)可以看出，空气的出口温度对水的入口速度开始响应较快，但很快下降到一定值后就变化很小。这主要是因为，液体侧的换热系数比气体侧大得多，液体流速的改变对液体侧换热系数改变，已对气体出121温度不产生影响。从图3(a)可以看出，空气的出口温度对水温的斜波响应，在一定的延时后基本上也是一输出斜波，并且从图3(b)可以看出，对水的入El温度的齿波响应，空气的出El温度是以波动形式输出的，但变化的幅度要小于液体温度的变化幅度，并且气体的最大温度比调节液体最大温度小0．5％，气体的最低温度比调节液体最低温度高10．5％ ，也就是对低温调节的效果没有高温好，这主要是换热器的余热惯性作用的影响。综合上述分析可知，改变水的入口速度不能调节空气的出口温度，而改变水的入口温度能对空气的出口温度进行调节，但有一定的惯性，要小于调节温度的变化幅度，并且高低温的调节不平衡。 3 结论 笔者建立管带式换热器的动态数学模型，并采用Matrix 仿真软件对数学模型进行仿真。仿真结果表明：气体侧的出F1温度在改变液体侧入口速度时，开始时响应较快，但经过较短时间后，即使改变液体侧的入口流速，气体侧的出口温度基本不再改变。气体侧的出口温度对改变液体侧入El温度的响应有一定惯性，但它能随液体侧入El温度的变化而变化，因此改变液体的入口温度能对气体的出口温度进行调节。 参考文献 [1] 刘维华，陈芝久．管带式换热器空气侧传热传质与阻力性能的准则关联式．流体机械，1994，22(10)：6O一65， [2] 杨世铭，传热学，2版，北京：高等教育出版社，1989：482． [3] Integrated Systems SystemBuild User’S Guide，SantaClara：Integrated Systems，1996：300 |
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