结霜工况冷风机传热系数实验研究

    1 前言

    我们的工作经常接触到需要对生产厂家制造的强制循环空气冷却器(国内习惯简称冷风机)的传热性能进行质量评定的问题。由于冷风机内空气流动、传热、传质过程的复杂性,如果再加上结霜工况,冷风机不同结构型式的多样性,要解决此类问题并不容易。为此,我们在低温试验室的条件下对冷风机的传热系数进行了测试研究,其结果可以为产品的传热性能评定提供较为可靠的数据。

    2  测试方法

    低温试验室参照美国ASHRAE标准[1]建造。相当于将一小保温室(即试验室)六面架空置于一大保温室内。架空夹层的温度可以控制,并可按需要保持稳定。这样可以使试验室周围温度波动对试验结果带来的干扰降低到最小程度。夹层空间外侧是一按低温冷藏库技术要求设计的保温库体,这样可以最大限度避免大气环境温度波动对试验工况的影响。被试验研究的冷风机即置于试验室内[2]。

    低温试验室有关指标与ASHRAE标准比较如下表:[2]

    试验方法和仪器:选用不同生产厂家制造的不同结构、不同翅片管材料的含风机多台,蒸发温度-10℃~-30℃,霜层厚度<1mm、U2mm、4mm范围内,按文献[2]中空气侧热平衡法进行试验。主要仪器如下:数据采集系统SCXI-1001;电能综合分析测试仪DZFC-1;温湿度仪HMI38。

    作结霜工况试验时,采用水蒸汽加湿。还可通过仪表对低温工况湿度进行监测。

    3 影响实验数据的几个因素

    在采用低温试验室检测手段来研究冷风机性能时,由于它的传热系数并不是通过试验直接测得的,而是需要在试验测定的基础上通过计算得到,所以在数据整理与计算时有关的因素必需加以讨论,下面就有关的几个问题介绍如下:

    (1)关于传热温差

    根据国内习惯,常常提出需要以库房温度与蒸发温度之差来考核冷风机的传热性能。这对于自然对流的空气冷却排管是合理的,因为冷却排管一般都是均匀分布在整个库房内,此时空气流经冷却排管的速度相对缓慢,库房内各处温度不均匀性、温度分层现象比较明显。所以在选配冷却排管传热面积、考核其传热性能时,以库房平均温度与蒸发温度之差来计算是合理的。冷风机是一种集中装置,它的冷却效果除了与其结构设计有关之外,还与其选用以及在什么场合使用有关。例如一个一定大小的库房,选不同大小冷却面积的冷风机,对库房的冷却、降温效果肯定是不一样的,所以要用库房温度与蒸发温度之差来考核其传热性能显然是不合适的。在一般情况下,可以采用对数平均温度差来考核其传热性能。此时尽管其热交换过程既非单纯的顺流,也非单纯的逆流,而是复杂的交叉流动,在工程上为简化起见,一般可在逆流对数平均温度差计算的基础上,修正系数取/10。近几年来,国外在一些生产企业、使用单位已经以冷风机空气入口温度(或称回风温度)和蒸发温度之差作为传热温差来考核其传热性能。例如,德国GEA公司产品样本上规定:/库房温度与蒸发温度之差的表示方法截止使用至1997年12月31日,这以后按照EU-ROVENT标准采用空气冷却器入口温度与蒸发温度之差。0这种规定是合理的,而且比较直观,也易于在测试运行中作工况调整的依据,应该讲是可取的。本文考虑到前后多次试验数据的对比,故以对数平均温度差为基础。