室內(nèi)換熱器空調(diào)冷系統(tǒng)性能的模擬對比分析

室內(nèi)換熱器空調(diào)冷系統(tǒng)性能的模擬對比分析

1空氣、制冷側(cè)的熱阻同步研究空冷設(shè)備有兩種冷卻和冷卻程序。內(nèi)部換熱器作為冷卻循環(huán)制熱環(huán)是一組冷卻裝置。室內(nèi)換熱器在兩種循環(huán)的運行條件存在差別,如制冷劑流量、蒸發(fā)和冷凝的傳熱和流動特性、管外的干或濕工況、制冷劑進(jìn)出口方向等。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn):對于蒸發(fā)器和冷凝器來說,空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的熱阻已經(jīng)基本相當(dāng),甚至在低干度和過熱區(qū)主要熱阻位于制冷劑側(cè),必須從空氣側(cè)和制冷劑側(cè)同步研究才更有價值。文獻(xiàn)的研究表明:支路數(shù)、流路布置是影響冷凝與蒸發(fā)兩用翅片管式換熱器性能的關(guān)鍵因素。以上研究主要針對R22工質(zhì),R410A作為目前R22的主要替代工質(zhì)之一,有必要研究支路數(shù)對R22和R410A冷凝和蒸發(fā)兩用相變換熱器影響的區(qū)別,為R410A替代R22奠定理論基礎(chǔ)。由于從空氣、制冷劑兩側(cè)對翅片管式換熱器傳熱局部特征進(jìn)行同步實驗研究的難度和工作量都較大。因此,本文擬以提高熱泵空調(diào)的制熱效率為目標(biāo),分別采用R22和R410A作為工質(zhì),運用數(shù)值模擬的手段研究支路數(shù)對熱泵空調(diào)中室內(nèi)換熱器在制熱循環(huán)下冷凝器性能的影響規(guī)律和區(qū)別,為以后的實驗研究工作提供理論指導(dǎo),并指明方向。2程序和操作方法2.1改變了翅片管換熱器的模擬方法本文采用美國NIST的Domanski所設(shè)計的軟件EVAP-COND2.1,它歷經(jīng)了NIST十幾年的開發(fā)和完善,在翅片管換熱器的數(shù)值模擬方面具有很強的代表性,在國際上也具有廣泛的影響。對EVAP-COND軟件的詳細(xì)介紹,包括壓降、傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式等,請參考文獻(xiàn)。2.2冷凝器運行條件文獻(xiàn)的研究表明:制冷劑采用R22時,支路數(shù)對冷凝與蒸發(fā)兩用翅片管式換熱器的性能影響十分顯著?；谝陨涎芯砍晒?本文將研究支路數(shù)對R22和R410A熱泵中冷凝器性能影響的區(qū)別,為R410A替代R22奠定理論基礎(chǔ)。因此,支路內(nèi)的流路布置、翅片管式換熱器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸、風(fēng)量等與文獻(xiàn)完全相同,分別見圖1和表1。制冷劑分別采用R22和R410A。冷凝器的進(jìn)口壓力和溫度不但會影響著壓縮機的功率,而且也反映了冷凝溫度;冷凝器的出口過冷度會影響制冷量的大小,而且足夠的過冷度更是制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。因此,把冷凝器的制冷劑進(jìn)口狀態(tài)和出口過冷度作為模擬的運行條件,如表2所示。進(jìn)口空氣的干、濕球溫度采用國標(biāo)中標(biāo)準(zhǔn)制熱工況的數(shù)據(jù)?？諝夂椭评鋭┑牧鲃臃较蛉鐖D1所示。3結(jié)果表明，對寒冷天氣的模擬結(jié)果和分析3.1r210a和s12制冷劑總流量的確定圖2、3表明了當(dāng)制冷劑分別采用R22和R410A,室內(nèi)換熱器作為冷凝器時換熱量、制冷劑流量隨支路數(shù)的變化。由圖2可知,室內(nèi)換熱器在制熱循環(huán)中作為冷凝器使用時,R410A的換熱量比R22的要大,與文獻(xiàn)的結(jié)果相似,R22和R410A的換熱量隨支路數(shù)增多單調(diào)遞減,1個支路時換熱量最大,6個支路時換熱量最小,但R410A和R22換熱量的差別幅度基本恒定,2個支路時換熱量差別最小,為0.47kW,6個支路時換熱量差別最大,為0.56kW,其他情況下居中,都在0.5kW左右。由圖3可知,雖然換熱器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸和運行條件相同,但在同一支路數(shù)下,R410A和R22制冷劑的總流量卻不同。室內(nèi)換熱器作為冷凝器使用時,R410A的流量總是比R22的要大,但不同支路數(shù)下二者流量的差別幅度卻基本相同。3.2r210a和s123g2的傳熱參數(shù)室內(nèi)換熱器在制熱循環(huán)中作為冷凝器使用時,模擬計算的約束條件如表2所示。制冷劑和空氣的流動方向如圖1所示。由于管外空氣的進(jìn)口狀態(tài)、流量相同且風(fēng)速均勻分布,使各支路內(nèi)的制冷劑流量幾乎無差別,因此可選取其中某一個支路進(jìn)行詳細(xì)地分析和比較。為分析方便,管路沿圖1的制冷劑流動的反方向進(jìn)行編號。由圖3可知,作冷凝器時,R410A的制冷劑流量比R22大得比較多,使得在冷凝器入口狀態(tài)一定的條件下,沿制冷劑流動方向,R410A比R22冷卻的要慢,R22先到達(dá)兩相區(qū),R410A的過熱段比R22的長,即冷凝器進(jìn)口附近的管子,R410A的溫度比R22的要高(見圖4)。而R410A和R22每根管的空氣出口溫度基本沒有差別,如圖5所示。因此,R410A和R22傳熱溫差的差別與兩者每根管的進(jìn)口溫度的差別保持一致,即冷凝器進(jìn)口附近的管子,R410A的傳熱溫差比R22要大,其余的管子基本相同,如圖6所示。由圖7可知,第一排管子,R410A的傳熱系數(shù)恒比R22的大;第二排前1/3和后1/3管子,R410A的傳熱系數(shù)也比R22的要大,尤其是后1/3管子,差別更為顯著;而第二排中間1/3管子,R410A的傳熱系數(shù)卻遠(yuǎn)比R22的小,這是因為R410A在這一段還處于過熱區(qū),而R22卻已經(jīng)處于兩相區(qū),兩相區(qū)的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于單相區(qū)的。因此,第一排管子,R410A的換熱量比R22的大;第二排前1/3管子,R410A和R22的換熱量基本無差別;第二排中間1/3管子,R410A的傳熱溫差大,而R22的傳熱系數(shù)大,綜合下來,使得R22的換熱量略大,不過這一段對于換熱量差別的總體趨勢影響很小;第二排后1/3管子,R410A的傳熱溫差和傳熱系數(shù)都比R22大,使得R410A的換熱量比R22大得比較多,如圖8所示。由文獻(xiàn)知,隨著支路數(shù)的增多,支路內(nèi)的制冷劑流量在減小,則每個支路內(nèi),R410A和R22制冷劑流量的差值逐漸減小,R410A和R22的過熱段長度越來越接近,從而冷凝器進(jìn)口附近的管子,R410A和R22傳熱溫差的差別越來越小,如圖6所示。由圖7可知,隨著支路數(shù)的增多,R410A和R22第一排管子傳熱系數(shù)的差別越來越大,第二排前2/3管子傳熱系數(shù)的差別也越來越大,第二排后1/3管子傳熱系數(shù)的差別卻越來越小。因此,隨著支路數(shù)的增多,R410A和R22第一排管的換熱量之差逐漸增大,而第二排管的換熱量之差逐漸減小,第一排管對換熱量之差的貢獻(xiàn)越來越大,第二排管的貢獻(xiàn)越來越小,如表3所示,隨著支路數(shù)的增多,第一排管的換熱量之差由1個支路時的0.249kW逐漸增大到6個支路時的0.486kW,而第二排管子換熱量之差由1個支路時的0.254kW逐漸減小到6個支路時的0.072kW,兩排管對R410A和R22換熱量之差的貢獻(xiàn)由1個支路時的各占一半,逐漸變化為6個支路時,第一排管貢獻(xiàn)87%,第二排管只占13%。顯然,作冷凝器時,兩排管對于R410A和R22換熱量的差別都有貢獻(xiàn),兩排管中R410A的換熱量都比R22的要大。其中,第二排管主要是后1/3管子對換熱量的差別有所貢獻(xiàn),前2/3管子的影響可以忽略不計。隨著支路數(shù)的增多,第一排管對換熱量差別的影響越來越顯著,而第二排管的影響逐漸減弱,兩排管的貢獻(xiàn)由1個支路時的各占一半逐漸變化為6個支路時第一排占將近90%。造成R410A和R22兩排管換熱量差別的原因是不同的,第一排管換熱量差別的原因主要來自傳熱系數(shù),而第二排管換熱量差別的原因是傳熱溫差和傳熱系數(shù)綜合作用。隨著支路數(shù)的增多,傳熱系數(shù)對R410A和R22換熱量差別的影響逐漸增強,而傳熱溫差的影響逐漸減弱,制約R410A和R22冷凝器換熱量差別的因素從傳熱溫差和傳熱系數(shù)共同作用逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閭鳠嵯禂?shù)起主導(dǎo)作用。4r210a和s12的換熱量差本文在空氣的進(jìn)口狀態(tài)和流量、換熱器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸、管路排布方式相同的條件下,對比了制冷劑分別采用R22與R410A時冷凝器的性能隨支路數(shù)的變化,結(jié)論如下:(1)室內(nèi)換熱器作為冷凝器時,R410A的換熱量比R22的要大,換熱量之差基本保持恒定,在各支路數(shù)下,R410A和R22的換熱量之差都保持在0.5kW左右。(2)室內(nèi)換熱器作為冷凝器時,R410A和R22換熱量的差別是由第一排管和第二排管共同造成的,兩排管中R410A的換熱量都比R22的要大。其中,第二排管主要是后1/3管子對換熱量的差別有所貢獻(xiàn),前2/3管子的影響可以忽略不計。隨著支路數(shù)的增多,第一排管對換熱量差值的影響越來越顯著,而第二排管的影響逐漸減弱,兩排管所占的比重由1個支路時的各占一半逐漸變化為6個支路時第一排要占將近90%。(3)室內(nèi)換熱器作為冷凝器時,