空气源热泵冷热水机组空气侧换热器换热系数的计算方法

    符 号

    Amin—空气侧最小流通面积,m²

    Ao—翅片间管子外表面积,m²

    At—翅片管总外表面积,m²

    b—沿气流方向翅片长,m

    do—翅片根部外径,m

    de—当量直径,m

    Ga—空气的质量流速,kg/(m2#s)

    ma—空气的质量流量,kg/s

    N—风向管排数

    S1—管间距,m

    S2—管排距,m

    Sf—翅片间距,m

    uy—迎面风速,m/s

    umax—最窄截面处的风速,m/s

    Aa—空气侧换热系数,W/(m2•K)

    δf—翅片厚,m

    λa—空气的导热系数,W/(m•K)

    µa—空气的动力粘滞系数,N•s/m²

    空气侧换热器是实现制冷剂与空气热交换的部件,准确计算空气侧换热系数是机组设计、优化的基础。目前计算空气侧换热系数的公式很多,适用范围也各不相同,作者针对目前空气源热泵冷热水机组中较常用的波纹状翅片管空气侧换热器,分析并比较了应用各种公式计算其空气侧换热系数的情况,在实验验证的基础上推荐了计算波纹状翅片管空气侧换热系数时较为准确方法。

    1 空气侧换热系数Aa的计算方法

    计算空气侧换热系数的公式较多,各公式的适用范围不同,对某一换热器计算得出的Aa值也不尽相同。

    目前,常用的计算空气侧换热系数Aa的公式有:

    (1)K.K.果戈林公式[1]

    式中c1是与气流运动状况有关的系数,由下式确定:

c1=1136-0124Re/1000(2)

    c2是与结构尺寸有关的系数,参见表1。

    m,n是由翅片管结构,空气流动状况决定的指数,由下式确定:

    公式适用范围:Re=5000~10000,Sf/do=0.18~0.35,ta=-40~40℃,b/de=4~50,S1/do=2~5,且管束为顺排。

    当管束为叉排时,按上式求出的αa值应乘以1.1系数。对于波纹套片αa再乘以1.2系数。本文下述公式中,对于波形套片,αa值均提高20%。

    (2)Gray和Webb公式[2]

    (3)j因子法[3]

    公式适用范围:do=9.5~15.9mm,Sf=1.26~8.3mm,S1、S2=25.4~44.5mm。

    (4)McQuiston公式[4]

    对于4~8排平直套片管:

    当N<4时:

    公式适用范围:3000≤Re≤15000。

    (5)埋桥英夫公式[5]

    公式适用范围: Sf=2~5mm,δf= 0.2 ~1.0mm,do=9~16mm,S1=20.0~40.0mm,S2=15.0~50.0mm。

    2 计算Aa的实例

    某一空气源热泵冷热水机组的工况(夏季):制冷量Qe=334kW,功率W=90kW。空气入口温度ta1=35℃,空气出口温度ta2=43℃,迎面风速uy=215m/s空气侧换热器采用铜管,翅片为波纹型,材料为铝,其结构参数见表2。