二氧化碳流體在氣冷器內(nèi)部分配的cfd模擬

二氧化碳流體在氣冷器內(nèi)部分配的CFD模擬摘要：二氧化碳?xì)饫淦餍阅艿膬?yōu)越與否對(duì)整個(gè)二氧化碳制冷系統(tǒng)性能有著至關(guān)重要的影響，而提高氣冷器內(nèi)部流量分配均勻度是增強(qiáng)氣冷器性能的重要手段。本文通過CFD的方法對(duì)一種二氧化碳微通道平行流氣冷器進(jìn)行了計(jì)算研究，在考慮集管與扁管間幾種不同組合尺寸后最終得出了兩者較為合理的組合尺寸。關(guān)鍵字：氣冷器二氧化碳均勻度CFD0介紹隨著近年來國(guó)際上環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，長(zhǎng)久以來在制冷行業(yè)中廣泛被使用的氟利昂類制冷劑由于其在環(huán)保方面的致命缺陷因而早已被替代；而作為其替代產(chǎn)品的R134a又因?yàn)槠渥陨淼母呷驕厥倚?yīng)潛能指數(shù)(GWP)而最終也會(huì)被淘汰。在此情況下，作為天然工質(zhì)的二氧化碳，正憑借其自身優(yōu)良的制冷特性以及在環(huán)保方面的優(yōu)異表現(xiàn)受到越來越多的關(guān)注。然而，二氧化碳制冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)相比其工作壓力比較高，這注定了其系統(tǒng)部件要有較大的改進(jìn)。特別是在換熱器方面，出于耐壓以及增強(qiáng)換熱方面的考慮，目前二氧化碳系統(tǒng)中氣冷器廣泛采用微通道平行流換熱器。此種換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、耐壓能力強(qiáng)，屬于嚴(yán)格意義上的緊湊型換熱器。但是，要充分發(fā)揮微通道平行流換熱器的性能，就必須保證二氧化然制冷劑在其內(nèi)部分配的均勻度，而現(xiàn)有文獻(xiàn)很少有專門針對(duì)微通道氣冷器內(nèi)部流量分配問題而進(jìn)行的研究。本文采用CFD的方法對(duì)本實(shí)驗(yàn)室的一種微通道平行流氣冷器進(jìn)行了研究，通過仿真氣冷器扁管與集管不同組合尺寸情況下的內(nèi)部流量分布情況，得出該氣冷器在加工制造過程中集管與扁管的最優(yōu)組合尺寸。1模型與計(jì)算區(qū)域1.1模型表1-1氣冷器結(jié)構(gòu)參數(shù)迎風(fēng)面積（cm2）2168扁管高度（mm）1.8集管高度（mm）309.75扁管長(zhǎng)度（mm）700扁管微通道數(shù)8微通道通徑（mm）0.79扁管壁厚（mm）0.48翅片高度（mm）8翅片厚度（mm）0.135百葉窗角度（。）29百葉窗節(jié)距（mm）1.1百葉窗數(shù)2×51.2問題描述本文研究當(dāng)集管與扁管采用不同組合尺寸對(duì)氣冷器內(nèi)部二氧化碳制冷劑流量分配的影響。圖1-3集管與扁管組合示意在考慮制作工藝以及實(shí)際尺寸等問題的基礎(chǔ)上，選取三種不同插入深度T進(jìn)行分析，分別為：1.39、2.1和2.61mm。1.3計(jì)算區(qū)域通常來說，微通道平行流二氧化碳?xì)饫淦髦械谝涣鞒虄?nèi)的制冷劑與冷卻空氣溫差最大，加之此時(shí)二氧化然比熱容Cp較小，制冷劑溫度急速下降。而隨著制冷劑進(jìn)入第二、三流程，一方面由于其與冷卻空氣溫差減小，另一方面又由于二氧化碳物性參數(shù)Cp會(huì)出現(xiàn)明顯階躍現(xiàn)象，因而二、三流程過程中二氧化碳制冷劑溫降放緩。所以，對(duì)于微通道平行流二氧化碳?xì)饫淦?，第一流程換熱的好壞是整個(gè)氣冷器性能的關(guān)鍵。因此，本研究將氣冷器第一流程作為CFD計(jì)算區(qū)域。另外，計(jì)算區(qū)域內(nèi)的翅片模型已被簡(jiǎn)化，計(jì)算時(shí)通過設(shè)定多孔介質(zhì)域?qū)崿F(xiàn)。2仿真本研究采用CFD商用軟件FLUENT來進(jìn)行氣冷器內(nèi)部流量分配的仿真。由于缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故選用RNGk-ε湍流模型來模擬計(jì)算區(qū)域的內(nèi)部紊流以及傳熱。2.1物性參數(shù)吊考慮二氧化碳舞制冷劑在計(jì)算豆區(qū)域中的物性蓬變化特點(diǎn)，將且參數(shù)粘度與熱立導(dǎo)率作為常物勸性，而將參數(shù)儲(chǔ)密度與比熱容瑞取為變物性，金相關(guān)物性方程切通過擬合得到混。伸2.尾2造邊界條件壽計(jì)算區(qū)域制冷勿劑側(cè)入口邊界桂為流量入口，命流量取常規(guī)二紅氧化碳系統(tǒng)質(zhì)必流量嘩0.028k菜g衰/掙s憂，入口溫度取當(dāng)12尺0良℃衣。制冷劑側(cè)出州口邊界取為壓篇力出口。愚計(jì)算區(qū)域空氣接側(cè)入口邊界為壇速度入口，入贈(zèng)口速度取標(biāo)準(zhǔn)肉工況時(shí)的販4.5m峰/處s囑，入口溫度瘋3噴5鞏℃南?？諝鈧?cè)出口鑒邊界取為壓力挺出口。3結(jié)果南為了分析扁管攔間流量分配的嶺均衡度，引入柏參數(shù)流量均偏墨差賭E綠，代表流量分末配均勻度，定碌義為：（1）戚其中參數(shù)漠與分別代表每瞞根扁管制冷劑松流量和理論理優(yōu)想情況下每根婆扁管制冷劑流速量。缺圖萬3-屈1是為三種組合情成況下仿真得到朝的氣冷器第一蕩流程內(nèi)制冷劑盡流量分配情況護(hù)。從中可以看被出，插入深舟度灰T疏為粗2.61mm懸時(shí)扁管間流量悠分配較其它兩污種組合情況要狀均勻。且（悼a白）朝俱（邪b盯）猜（先c抵）對(duì)圖抹3-1祝摧不同組合情況住下扁管間流量章分配達(dá)（柴a膜）井T=有1.39mm激種（雁b跨）祥T啄＝嚇2.1mm倦鳴（月c洲）露T=襖2.61mm技圖投3-趴2云是三種不同組敲合情況下流量授平均偏差位值奴E深，從中可以看欠出，插入深哨度努T幼為晌2.61mm隔情況下盡的途E慰值最小，表明用此組合工況下修扁管間流量離旦散程度最小，頸即流量分配較鏟均勻。該圖掀3-2灌合不同組合深度鈔情況國(guó)下旅E天值4結(jié)論飾本文通過采終用火CF紹D血的方法對(duì)二氧找化碳?xì)饫淦鲀?nèi)而部流量分布進(jìn)道行了仿真計(jì)算蝦，分析了在集撥管與扁管三種色不同組合尺寸演下流量分布的昆變化情況，并美最終得出了該械種氣冷器集管欣與扁管之間較速合理的組合尺增寸駝T痰為壽2.61mm腳。參考文獻(xiàn)恢1J.MY談in,J.W沾Bulla翼rd,P.S毀.Hrnja送k.Des蛙ignst值rategi唱esfor包R744飾gasco產(chǎn)olers.仰IIRc孫onfere查nceGus哈tavLo蓋rentze搬n,pre認(rèn)ceedin墾gs,pp.香315-32崗2,200權(quán)0.另2Jian吊MinYin廣,Clar添kW.B源ullard化,Ored瞎ragS.閣Hrnja洪k.R74育4gas譜cooler資model占devel莖opment辮andva胳lidati班on.In下t.J.卵ofRef坊rigera策tion2扁4(2001稠)692-反701.諷3ZheZ活hang,Y貍anZhon榮gLi.戒CFDsi跡mulati化onon貿(mào)inlet扇config某uratio笨nofp咸late-f瞧inhea擋texcha合ngers.靜Cryog圖enics柴43(200孤3)673餡-678.斬4S.Lal神ot,P.F歪lorent涌,S.K.疼Lang,驗(yàn)遇ergler田s.Flo柿wmald商istrib屯ution遇inhea搜texch販angers內(nèi).Appli羅edThe顫rmalE刻nginee預(yù)ring1去9(1999無)847-巴863.左5Kilyo器anChun箏g,Kwa灑n-Soo得Lee,W稻oo-Seu方ngKim膊.Opti房mizati磁onof蘿thede倦signf沾actors鋤forth慕ermal糊per