多元平行流冷凝器的数值模拟研究_黄晓峰

72

文章编号：

FLUIDMACHINERY

1005－0329（2012）09－0072－04

No．9，2012Vol.40，

多元平行流冷凝器的数值模拟研究

黄晓峰，曹小林，潘

雯，谭志文，李

江，孙

浩

（中南大学流程工业节能湖南省重点实验室，湖南长沙410083）

摘

要：

采用能量平衡的方法对多元平行流冷凝器建立计算模型，对管内制冷剂和管外空气侧的流动和换热进行了数

值分析，模拟结果与实验结果吻合良好进行了比较。研究表明：由于多元平行流冷凝器的变流程结构及制冷剂的相态变制冷剂侧传热系数、压降，制冷剂压力和温度及干度沿管长出现多次突变。化，关键词：

平行流冷凝器；制冷剂；换热

TK124

文献标识码：

A

doi：10．3969/j．issn．1005－0329．2012．09．016

中图分类号：

SimulationStudyofaMulti-unitParallel-flowCondenser

HUANGXiao-feng，CAOXiao-lin，PANwen，TANZhi-wen，LIJiang，SUNHao

（CentralSouthUniversity，HunanProvincialKeyLaboratoryofProcessIndustryEnergy-saving，Changsha410083，China）Abstract：

Amodelwasdevelopedforaparallelflowtypecondenserwiththeenergybalancemethod．Fluidflowandheattrans-

ferprocessesinbothrefrigerantandairsideswereanalyzedwiththelatestphysicalpropertiesdatabaseandthecorrespondingcor-relations，thenumericalsimulationresultsagreewellwiththeexperimentaldata，Thestudyshowedthattherefrigerantheattrans-fercoefficientandthepressuredropalongthepassagevarysignificantlybecauseofthestructuralprocesschangeofcondenserandtherefrigerantphase-change．Keywords：

parallel-flowcondenser；refrigerant；heattransfercoefficient

1前言

本文利用能量平衡方法对多元平行流冷凝器

建立数学模型，对管内R22和空气侧的传热和流动性进行数值模拟，为今后的多元平行流冷凝器性能研究提供一定理论基础。22．1

数学模型基本假设

本模型采用分布参数法，作如下假设：（1）平行流冷凝器工作在稳定工况下，即制冷剂侧与空气侧各个参数不随时间变化；

（2）制冷剂流动简化为沿管长方向的一维流动，忽略管内制冷剂轴向和周向的导热；

（3）扁管各流道内制冷剂流量分配均匀，并具有相同的温度和压力分布；

（4）不计不凝性气体及管内外污垢热阻的影响及重力对传热和压降的影响。

近年来，随着汽车空调的发展与成熟，多元平行流冷凝器已在汽车空调领域得到成功应用。多元平行流冷凝器由于其特殊的结构形式，有换热系数高、制冷剂充灌量少、重量较轻、空气侧阻力小、易于回收等优点，可以提高空调的能效比，减

对家用空调的开发也是一种较好小空调的体积，

的选择。沈国民等分析了多元平行流冷凝器的换

热系数，并应用迭代原理得出多元平行流冷凝器的换热计算方法

［1～3］

。李俊明等以我国家用空调

器产品现状的分析为基础，探讨了执行新能效标准后空调换热器采用新型强化传热技术的潜在需［4］

求。制冷剂在微细管内凝结和沸腾传热的已家用空调器采用微细尺度强化传研究成果显示，

热技术，可以使换热器趋于紧凑、高效，从而使空调器满足新能效标准的要求。

收稿日期：

2012－04－06

2012年第40卷第9期2．2

空气侧换热模型

流体机械

Dhr———微通道水力直径

73

平行流冷凝器空气侧采用波纹形多重百叶窗

能有效破坏空气流动边界层，增加扰动，强翅片，

采用j因子法来计算化传热。对于百叶窗翅片，表面换热系数，其关联式采用Chang和Wang通

［5］过大量试验得到的关联式：

0．27

Fp－0．14F1－0．49θj=Rea

90LpLp

制冷剂在微通道管内流动和冷凝过程中，加

可以忽速压降和重力压降相对于摩擦压降很小，略。因此，在整个冷凝过程中，需考虑摩擦压降。

摩擦阻力产生的压降：

ΔP=4f（L/D1r）[G2/（2ρr）

]

（5）

()()()

L1Lp

0．68

－0．29

式中

（1）

L———微细通道单元长度——制冷剂密度ρr—G———制冷剂的质量流率

［6］单相区摩擦因子采用传热的Blasius关联式：

16/Re0＜Re＜2500

×

式中

()()()()

Td

Lp

TpLp

δfLp

－0．23－0．28－0．23

Rea———基于百叶窗间距的雷诺数——百叶窗角度θ—Fp———翅片间距Lp———百叶窗间距F1———翅片长度Td———扁管宽度L1———百叶窗的长度Tp———扁管间距——翅片厚度δf—

空气侧压降为：

2

Δp=4fFdρaua/Dha

f=（2）

{

0．079Re－0．250．046Re－0．2两相区

2500＜Re＜2000（6）

Re＞20000

Webb对包括多种工质近600个数据点进行［7］

结合Shah关联式，改进得到新的换热关分析，

联式与试验数据吻合较好，表达式为：

hr=0．023Reeq0．8Pr10．4(λ1/D1r)（1－x）

（2）

式中

3．8x0．76（1－x）+

(p/p)0．8

sc

0．04

［

0．8

式中Dha———空气侧排列翅片的当量直径f———百叶窗翅片摩擦因子Fd———翅片宽度——空气密度ρa—

ua———空气流速

（7）

Reeq———当量雷诺数——制冷剂侧导热系数λ1—

x———制冷剂干度ps———制冷剂的饱和压力pc———制冷剂的临界压力摩擦阻力压降：

22

LReeqμ1

Δp=4f3

Dhr2ρ1

对于百叶窗翅片的摩擦因子，同样采用Chang和Wang通过大量试验得到的关联式［3］：

f=f1f2f3

式中

f1，f2，f3———影响摩擦因子的因素

（3）

式中

（8）

在Rea＜150时和150＜Rea＜5000时，f1、

f2、f3都有不同的表达式，在Chang和Wang中有在此不再赘述详细说明，

2．3制冷剂侧换热模型

［5］

——制冷剂液相密度ρ1—

——制冷剂侧的动力粘度μ1—

。

两相区压降则采用Zhang和Webb的摩擦因［8］

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