风速分布对双排管两流路蒸发器性能影响的模拟研究

　　在大、中型制冷装置中,翅片管式换热器的尺寸较大,多采用V、W、I字形布置,将风机置于顶部,这种相对位置关系易导致风速非均匀分布,而在小型家用空调装置中,因风机与换热器的相对位置关系、角度以及风道狭小、曲折等原因也易造成风速非均匀分布现象.风速非均匀分布会导致翅片管式换热器的换热量显著衰减[1O4].因翅片间距很小(1~2mm)且气液两相流测量难度较大,所以从空气侧和制冷剂侧对翅片管式换热器传热的局部特征进行实验研究的难度和工作量也就比较大,再加上风速非均匀分布会使局部特征更为复杂,从而更增加了实验研究的工作量和难度.数值模拟则能更好地获取换热器的局部特征参数,文献[5]就采用数值模拟的手段研究了风速分布对单流路双排管蒸发器性能的影响.因此,本文拟以文献[5]为基础,采用数值模拟的手段,进一步研究风速分布对双排管两流路蒸发器性能的影响.

　　1 模拟程序及运行条件

　　1.1 模拟程序简介

　　本文采用美国标准与技术研究所(NIST)的Domanski所设计的软件EVAP-COND 211[6],该软件经过NIST十几年的开发和完善,在翅片管式换热器的数值模拟方面具有很强的代表性,在国际上也具有广泛的影响.EVAP-COND软件的详细介绍,包括压降、传热系数关联式等,可以参考文献[7O8].

　　1.2 模拟的运行条件

　　文献[5]的研究表明:风速分布对单流路双排管蒸发器的性能影响十分显著.文献[7]的研究表明:支路数对冷凝与蒸发两用翅片管式换热器的性能影响十分显著,在特定条件下对应的最佳支路数为2.基于以上研究成果,本文将研究风速非均匀分布对双排管两流路蒸发器性能的影响,所用翅片管式换热器的几何结构尺寸、风量等与文献[7]完全相同(见表1),风速分布与文献[5]相同.分别为均匀、下三角、上三角、中三角4种形状(见图1),且4种形状的总风量相同.制冷剂采用R410A,制冷剂流量在各支路间的分配采用阻力相同的原则,由于支路1和支路2的管根数相同,因此2个支路的制冷剂质量流量相等.模拟程序在迭代时保证各支路的进、出口压力相同,则各支路的进、出口压差相同,即2个支路的流阻相同。

　　蒸发器的出口压力和温度不仅会影响压缩机的流量,也反映了蒸发温度以及蒸发器内过热段的大小,因此可将蒸发器的制冷剂出口状态作为模拟的运行条件,如表2所示.进口空气的干、湿球温度采用国标标准制冷工况的数据.空气和制冷剂的流动方向如图1所示.

　　2 蒸发器模拟结果分析

　　为便于详细分析和比较,依次对支路1、支路2的管路沿制冷剂流向进行编号,支路1的管编号为1~24,支路2的管编号为25~48(见图1).研究表明:在翅片管式蒸发器、冷凝器中,当以管内表面为基准计算热阻时,因管外翅片面积远大于管内表面积,故管外与管内面积之比远大于1,从而补偿了空气侧换热系数小的缺点,使空气侧与制冷剂侧的热阻在数量级上相当,甚至在过热区和低干度区,主要热阻将位于制冷剂侧[9O10].由此可见,必须从空气侧和制冷剂侧同步进行研究,才能使认识和分析更加全面,而传热系数综合考虑了空气侧和制冷剂侧的影响,因此可以作为本文分析和比较的重要依据.