制冷剂流量和风量对再循环蒸发器传热性能影响

    再循环蒸发器的基本思想就是增大蒸发器内液体制冷剂流量,使其数倍于其蒸发量,这样不仅可以强化蒸发器的传热,而且可以促进润滑油迅速排出蒸发器和提高多组并联运行蒸发器的供液均匀程度。蒸发器超倍供液的制冷系统,过去曾经使用过液泵供液、气泵供液、喷射泵供液及重力供液等方式。本文所讨论的是利用热虹吸原理实现超倍供液的再循环蒸发器,冷却空气的再循环蒸发器提高了蒸发器内表面与液体制冷剂的接触频率,迫使其传热系数更加逼近空气侧放热系数,从而充分发挥出蒸发器传热表面的作用,提高蒸发器的传热性能。[1, 2]

    再循环蒸发器的传热量受诸多因素影响,单纯提高制冷剂流量,采用大的循环倍率,并不能使蒸发器获得最大的传热量。提高再循环蒸发器的管内制冷剂流速,同时也会导致制冷剂与空气间的传热平均温差减小,综合考虑传热系数和传热温差的作用,为了得到最大传热量,就存在一个最佳制冷剂流速的问题。

    由于制冷剂侧放热系数远远大于空气侧放热系数,所以空气侧放热系数就成为蒸发器传热系数的上限,在不考虑生产工艺和人体舒适性的前提下,提高空气侧放热系数可以提高再循环蒸发器的传热系数。提高空气侧放热系数的途径一般包括:提高空气的流动速度,采用各种复杂断面形状的套片等方式。但提高空气流速同时也会增加风机能耗和蒸发器负荷,所以把再循环蒸发器的净制冷量作为目标函数,可以得到再循环蒸发器的最佳风量。

    1 再循环蒸发器的制冷量相关计算

    由于蒸发器的空气侧热、质交换同时发生,而管内侧制冷剂处于两相流动区,所以换热计算相当复杂。为了简化计算,特作如下假设:①制冷剂和空气均为一维、稳定流动,它们之间的换热形式为顺流形式;②蒸发器制冷剂侧换热等于空气侧换热和风机消耗功率产生的热量,忽略其他漏热。

    1.1 空气侧放热系数

    空气侧换热系数的计算采用李妩等人试验得出的换热综合关联式[3],此再循环蒸发器采用换热性能较好的三角形波纹片。

    式中:为翅片间距,db为翅根直径,S₂为流动方向管间距,N为管排数。

    1.2 再循环的质量流速

    在蒸发器超倍供液的制冷系统中,循环倍率是指蒸发器的供液量与蒸发量之比。根据循环倍率n的不同,制冷剂的质量流速可按下式计算

    式中:G_ZF—制冷剂的蒸发量,即制冷剂的循环量;

    nc—蒸发器的蛇形管数;

    di—蒸发器管子内径。

    而制冷剂的循环量

    h₁、h₂可以根据蒸发温度、冷凝温度、过热度及过冷度,经制冷剂R22物性计算程序求得[4]。