一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法
2023-06-14 23:09:11
一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法
【專利摘要】一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法，首先，選擇合適的組合管徑空調換熱器類型和安裝方式，通過參考組合管徑空調換熱器的幾何結構參數與使用工況，建立通用的換熱器物理模型。其次，在換熱器模型的基礎上，對換熱器進行網格劃分，並針對變管徑換熱器的不同流路配置，實現了該類型換熱器不同管徑流路連接網絡的計算模型。再次，設計了一種準確定位管內工質由單相變為兩相和由兩相變為單相的相變界面的方法。最後，通過對已有大量翅片側和管內側單相及兩相流動和換熱關聯式的修正，迭代計算獲得組合管徑空調換熱器翅片側的流動和換熱性能，以及管內側流路上任意位置的溫度、壓力、幹度和換熱性能。
【專利說明】一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種換熱器的設計方法，具體涉及一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法。
【背景技術】
[0002]近年來受家電領域減少成本，降低能耗，環保低碳等多方面要求的影響，組合管徑家用空調的開發和應用受到越來越多的關注。組合管徑是指空調兩器(冷凝器、蒸發器)中同時採用兩種或多種不同管徑的換熱管，其中主要是常規大管徑和小管徑的組合使用。小管徑比一般家用空調換熱器管徑(如7?IOmm)更小，目前國內小管徑開發多採用4?5mm的光管和強化管。
[0003]由於管徑的減小，與傳統大管徑空調相比，組合管徑空調材料消耗更少，重量更輕。相同功率的換熱器，組合管徑比大管徑通常節省20%以上成本。同時，組合管徑空調的製冷劑充灌量相比大管徑也顯著降低，通常減少20?30%。與同樣視為傳統大管徑空調替代方案的鋁製微通道空調相比，組合管徑空調採用銅管，具有加工製造過程中能耗低，碳排放少的優勢。同時銅材本身的殺菌和耐腐蝕等特點，可滿足空氣品質要求較高(如醫院)或其他特殊場合的應用需求。
[0004]組合管徑換熱器管內流動阻力相對大管徑較高，進而對於換熱器流路布置的設計要求更高，要在保證換熱功率的同時儘量減低製冷劑壓降。因此，在組合管徑空調的研發中，大量工作在於流路布置設計和性能預測。採用傳統試驗手段周期長、效率低、成本高。因此需要研究一種能夠迅速有效地進行流路布置和性能預測，提高了研發效率，減低了開發成本的方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種能夠迅速有效地進行流路布置和性能預測，提高研發效率，減低開發成本的通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法。
[0006]為達到上述目的，本發明所採用的技術方案如下:
[0007]I)確定待設計的換熱設備的熱負荷與泵功率；
[0008]2)確定結構參數
[0009]根據空調換熱設備的類型和安裝方式，及實際需要設計空調換熱器的幾何結構；
[0010]3)確定換熱管和翅片的材質以及管內製冷劑工質參數
[0011]根據不同應用場合的空調換熱設備，確定換熱管及翅片的材質，及管內製冷劑工質；
[0012]4)確定運行參數
[0013]根據換熱設備的實際使用工況及換熱設備類型，確定換熱器的運行參數；
[0014]5)按純逆流原則和重力影響原則，預估空調換熱設備的流路布置型式；
[0015]6)對換熱設備進行網格劃分[0016]以換熱設備的每根換熱管為計算對象，沿管長將其離散為若干計算單元，其長度選取應至少大於一個翅片間距，劃分後的每個計算網格可以視為一個獨立的交叉流動換熱設備；
[0017]7)翅片側計算關聯式
[0018](I)計算換熱j因子
[0019]當管排數為I排時:
(P ?1 ( P λ WU ( P 0.786 f P ~
[0020]/ = 0.108^°-29 2 2 」L」L
^PD DP
Kι J KijO J\rt J [0021]其中
[0022]= 1.9- 0.23 1gi, (Rel' )
[0023]= -0.236 -l.0.126 iog『.W,))
[0024]當管排數為2排或2排以上時:
i Fi F ? i F93
[0025]j = 0M6Re^NP*^
c UJ UJ UJ
[0026]其中
O 042 Nf F、α41
[0027]P1 =-0.361——-——— + 0.158 1ge N
log為) ' Jly
(P Y42
0.076
[0028]I D1
P4 =-1.224--V hJ
1K~)
0OW
[0029]Ps=-0.083 + ]-^
f Jle、
[0030]P6 =-5.735+ 1.21ge ~—
I N J
[0031](2)計算阻力f因子
(ρψ (F \Fi
[0032]/ = OmeiRep1I
Dc P )
\JU V1^c J
[0033]其中
I)]<' Q AQ7^0
[0034]f =-0.764 + 0.739 二+ 0.1772__:_L_
L 」 I/;I).N.._ ,(w、 64.021
[0035]F =-15.689 + --——--
^gJRe,,)[0036]
【權利要求】
1.一種通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法，其特徵在於，設計步驟如下: .1)確定待設計的換熱設備的熱負荷與泵功率； .2)確定結構參數 根據空調換熱設備的類型和安裝方式，及實際需要設計空調換熱器的幾何結構； .3)確定換熱管和翅片的材質以及管內製冷劑工質參數 根據不同應用場合的空調換熱設備，確定換熱管及翅片的材質，及管內製冷劑工質； . 4)確定運行參數 根據換熱設備的實際使用工況及換熱設備類型，確定換熱器的運行參數； .5)按純逆流原則和重力影響原則，預估空調換熱設備的流路布置型式； .6)對換熱設備進行網格劃分 以換熱設備的每根換熱管為計算對象，沿管長將其離散為若干計算單元，其長度選取應至少大於一個翅片間距，劃分後的每個計算網格可以視為一個獨立的交叉流動換熱設備; .7)翅片側計算關聯式 (I)計算換熱j因子 當管排數為I排時:
2.根據權利要求1所述的通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法，其特徵在於:所述步驟2)確定結構參數如下: (1)確定換熱設備的整體參數 換熱器類型即蒸發器或冷凝器，換熱器布置傾角O~90°和管排型式順排或叉排，若管排型式為叉排需確定奇數排高位或偶數排高位； (2)確定換熱管的參數 換熱管長度，管排數，每排管數，管間距，管排間距，每排換熱管的管徑組合和換熱管類型； (3)確定翅片的參數 翅片厚度，翅片間距，翅片類型即平直翅片、波紋翅片或開縫翅片。
3.根據權利要求1所述的通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法，其特徵在於:所述的步驟3)確定材料和工質參數包括: (O換熱管和翅片的材質:銅、鋁或不鏽鋼； (2)管內製冷劑工質:甲燒；乙燒；丙烷；丁燒；異丁燒；丙烯；氣；氮；氧;二氧化碳；氬；R11 ；R12 ；R13 ；R14 ；R22 ；R23 ；R32 ；R41 ；R113 ；R114 ；R115 ；R116 ；R123 ；R124 ；R125 ；R134a ；R141b ；R142b ；R143a ；R152a ；R218 ；R227ea ；r236ea ；R236fa ；R245ca ；R245fa ；RC318 ;水。
4.根據權利要求1所述的通用型組合管徑空調換熱設備流路的設計方法，其特徵在於:所述的步驟4)確定運行參數包括: O管內側運行參數 管內製冷劑工質流量；入口溫度；入口壓力和入口乾度； 2)翅片側運行參數 空氣迎風速度；入口乾球溫度；入口溼球溫度和大氣壓力。
【文檔編號】F24F13/30GK103542621SQ201310445420
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】何雅玲, 王煜, 李明佳, 陶文銓 申請人:西安交通大學