《制冷空調(diào)數(shù)字化設(shè)計(jì)》課件 5 大作業(yè)匯報(bào)范例-管翅式換熱器性能模擬

Asimulationmodelforperformanceoffin-and-tubeheatexchanger

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###管翅式換熱器性能模擬研究背景換熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算模型參數(shù)傳遞與相變確定總流程基本假設(shè)計(jì)算公式模擬條件封閉性分析程序展示結(jié)果分析目錄研究背景增大換熱面積使用強(qiáng)化傳熱的表面結(jié)構(gòu)增大有效的換熱溫差精確的換熱器模型換熱量、壓降制冷劑出口壓力、溫度空氣出口壓力、溫度復(fù)雜的相變過程準(zhǔn)確的傳熱、壓降公式

需要體現(xiàn)出流路不同帶來的影響（不能采用簡單的集中參數(shù)法）研究背景基本假設(shè)傳熱過程處于穩(wěn)態(tài)Theoverallheattransferprocessisinsteadystate管壁軸向?qū)岷雎圆挥?jì)Theaxialheatconductionintubewallisneglected風(fēng)向與換熱器進(jìn)風(fēng)面垂直Thefrontalairflowingdirectionisverticaltotheheatexchangerairinletface彎頭和節(jié)點(diǎn)處的管道絕熱Thetubesareadiabaticinthepartofreturnbendsandbranchjoints(splitandmerger)文中的假設(shè)我們的假設(shè)忽略管壁熱阻Thethermalresistanceoftubewallisneglected

分布參數(shù)法總體結(jié)構(gòu)示意圖單元結(jié)構(gòu)示意圖單元傳熱模型傳熱熱阻：制冷劑側(cè)傳熱量：空氣側(cè)傳熱量：參數(shù)表

AIRSIDE空氣側(cè)REFRIGERANTSIDE制冷劑側(cè)冷凝器：過熱區(qū)+兩相區(qū)+過冷區(qū)單元傳熱模型冷凝器：干工況蒸發(fā)器：干工況+濕工況蒸發(fā)器：過熱區(qū)+

兩相區(qū)單元傳熱計(jì)算公式（空氣側(cè)干工況）“傳熱系數(shù)誤差平均為7.53%，是公開資料中最精準(zhǔn)的！”Wang,C.;Chi,K.;Chang,C.,Heattransferandfrictioncharacteristicsofplainfin-and-tubeheatexchangers,partII:Correlation.InternationalJournalofHeatandMassTransfer

2000,

43,(15),2693-2700.單元傳熱計(jì)算公式（空氣側(cè)濕工況）j，f因子關(guān)聯(lián)式多基于焓差法開發(fā)基于McQuiston法（溫差法）的建模方法傳熱的動力：溫差傳質(zhì)的動力：濕度差基于Threlkeld法（焓差法）的建模方法傳熱傳質(zhì)的動力：焓差單元傳熱計(jì)算公式（濕工況）總換熱量總傳熱系數(shù)逆流換熱的假設(shè)下

F=1對數(shù)平均焓差空氣側(cè)換焓系數(shù)式子中：以br為例定義單元傳熱計(jì)算公式制冷劑側(cè)傳熱系數(shù)兩相區(qū)單相區(qū)單元壓降模型

AIRSIDE空氣側(cè)摩擦阻力流動截面變化

REFRIGERANTSIDE制冷劑側(cè)摩擦阻力流動加速度重力

部分參數(shù)表

WangCC,ChiKY,ChangCJ.Heattransferandfrictioncharacteristicsofplainfin-and-tubeheatexchangers,partII:Correlation[J].InternationalJournalofHeat&MassTransfer,2000,43(15):2693-2700.單元空氣側(cè)壓降計(jì)算公式“摩擦系數(shù)的平均誤差為8.31%，是公開方程中最精準(zhǔn)的！”

部分參數(shù)表與實(shí)驗(yàn)測量值（實(shí)驗(yàn)測量平均偏差為7%）相比，平均誤差約為1%，94%的預(yù)測值誤差小于20%誤差OlivierJA,LiebenbergL,ThomeJR,etal.Heattransfer,pressuredrop,andflowpatternrecognitionduringcondensationinsidesmooth,helicalmicro-fin,andherringbonetubes[J].InternationalJournalofRefrigeration,2007,30(4):609-623.單元制冷劑側(cè)壓降—摩擦阻力項(xiàng)計(jì)算公式（兩相）

部分參數(shù)表與1658組實(shí)驗(yàn)測量值相比，77%的預(yù)測值誤差小于20%誤差JiWT,ZhangDC,HeYL,etal.Predictionoffullydevelopedturbulentheattransferofinternalhelicallyribbedtubes–AnextensionofGnielinskiequation[J].InternationalJournalofHeat&MassTransfer,2012,55(4):1375-1384.單元制冷劑側(cè)壓降—摩擦阻力項(xiàng)計(jì)算公式（單相）

部分參數(shù)表

單元制冷劑側(cè)壓降—流動加速度項(xiàng)與重力項(xiàng)計(jì)算公式封閉性分析

輔助計(jì)算的參數(shù)幾何參數(shù)物性參數(shù)封閉性分析

六個待求參數(shù)，六個基本方程，方程組封閉制冷劑側(cè)求換熱量空氣側(cè)求換熱量通過總熱阻求換熱量制冷劑側(cè)求壓降空氣側(cè)求壓降空氣側(cè)通過物性求焓值單元入口參數(shù)制冷劑側(cè)空氣側(cè)單元入口參數(shù)沿制冷劑流動順序計(jì)算沿空氣流動順序計(jì)算微元體制冷劑流動順序空氣流動順序順序換熱器該方法與二分法相似三次迭代取中間值的精度已經(jīng)足夠

單元相變界面的確定（以冷凝器氣相到兩相為例）不同流路制冷劑流量的分配不同流路制冷劑入口狀態(tài)關(guān)系：假設(shè)各流路制冷劑流量比較不同流路最大壓降與最小壓降間差距最大壓降流路流量減少m，最大壓降流路流量增加m重復(fù)以上步驟直至最大壓降與最小壓降間的差距處于容許范圍模擬條件——冷凝器結(jié)構(gòu)參數(shù)入口參數(shù)管道布置R22,75℃空氣,35℃程序展示制冷劑性質(zhì)調(diào)用Refprop

濕空氣性質(zhì)編寫函數(shù)i_r_l_in_unit(tube_order1(n_tube),n_unit_intube)=refpropm('H','P',P_r_in_unit(tube_order1(n_tube),n_unit_intube),'Q',0,'R22');i_r_g_in_unit(tube_order1(n_tube),n_unit_intube)=refpropm('H','P',P_r_in_unit(tube_order1(n_tube),n_unit_intube),'Q',1,'R22');

示例：兩相區(qū)粘度、導(dǎo)熱系數(shù)似乎有問題結(jié)果分析文獻(xiàn)結(jié)果我們的結(jié)果模擬結(jié)果文獻(xiàn)結(jié)果我們的結(jié)果傳熱系數(shù)壓降系數(shù)計(jì)算公式未必適用于本裝置模型的簡化：

管間通過肋片的傳熱

彎頭的阻力，（已根據(jù)老師的建議修改）

密度變化的阻力

忽略不同流路間制冷劑流量的差異結(jié)果分析空氣,35℃心得體會編程前應(yīng)對程序整體有詳細(xì)的規(guī)劃，如整體流程圖，物性如何調(diào)用，是自編小程序