表冷器传热系数K的数值分析与研究

Ｋ：『一．！一十堕＋三ｌ，ｗ／（ｍｚ．℃） Ｌｄａ‘ｒ／’｛ ＾ 瑾ｗｊ 式中：
ｏ。ｏ．一内外表面的换热系数，ｗ／（ｍ２·℃）； ６一管壁厚度，ｍ： ＾一管壁导热系数，ｗ／（ｍ·℃）：
Ｔ—肋化系数，ｆ＝Ｓｏｔ只：
Ｒ。Ｆ。一单位管长肋管的内、外表面积，ｍ２：
（卜２）
Ｅ一析湿系数，其定义式为：孝＝—与—土１，下标１表示空气的 。 Ｃ。【ｆ】一ｆ２Ｊ
Ｂｙ ｇｕｅｓｓｉｎｇ ａ ｏｕｔｌｅｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ａｉｒ ｅｎｔｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｃｏｉｌ ｉＳ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｉｎｔｏ ｍａｎｙ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ
在肋片上事先冲好相应
的孔，然后将肋片与管子串在
一起，经对管子进行机械或液 压扩管使其与肋片紧密结合。 肋片形式有平片、褶皱片及条
霸
缝片等形式，如图１－３所示。
这类换热器与圆形肋管
ｔ＇■排ｌｉ－片皓椅
泛渤硒Ｎ一
换热器相比，具有结构紧凑、
－、一，＾、、／，
在相同排数和相同迎风面积 的条件下，有较大的传热面 积、传热效果好、空气阻力小、
具体来说就是分别固定进口水温、迎面风速、进口干湿球温度进行实验，先分别
空调工程中。
一、表冷器的构造和类型
一黼一渺㈥眵
一嚣懈躺
幽１－１
图Ｉ－２
表面式换热器有光管式和肋管式两种，光管式表面换热器由于传热效率低已
经很少应用。如图卜ｌ所示，肋管式表面换热器主要有肋管、联箱和护板组成，
冷媒进入联箱ｌ后均匀的流过肋管，然后汇集入联箱２流出，空气则在肋管外流
过，根据处理空气的要求不同，可选用不同的肋管排数，根据水温升的要求和吸
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｖｙ ｐｌａｔ
ｆｉｎ．ａｎｄ—ｔｕｂｅ ｃｏｉｌｓ ａｆｔｅｒ ｓｏｍｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ａｌｓｏ
Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉＳ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｆｉｎｎｅｄ—ｔｕｂｅｓ，ｔｈｅ ｆｉｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｄｒｙ，ｗｅｔ ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｗｅｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｎ ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅＩ ｉＳ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｐｌａｔｅ ｆｉｎ—ａｎｄ—ｔｕｂｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｌｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：Ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ，Ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
第一章、绪论
第一章绪论
§１－１概述
在空调工程中广泛使用表冷器。表冷器以冷水和冷剂为冷媒，本课题主要以 以冷水为冷媒的表面冷却器为研究对象。表面式冷却器具有结构紧凑、水系统简 单、水系统阻力小等优点，而且在运行过程中水与空气不直接接触，故对水质无 卫生要求。在处理相同空气量时能实现较大的空气焓降和较高的温升，从而节约 水量。该设备由专门工厂定型生产，而且选择方便、安装简单，所以广泛应用于
同济大学 硕士学位论文 表冷器传热系数K的数值分析与研究 姓名：许金锋 申请学位级别：硕士 专业：供热、供燃气、通风与空调工程 指导教师：张恩泽
2000.12.1
一气
～ 、
、
摘要
目前在空调工程中广泛使用表冷器，表冷器的热工性能的差别主要体现在其
传热系数正］百丽对表冷器的研究主要是通过实验的方法测出不同工况下的Ｋ
其冷媒管路也应串联。管路串联可以增加水流速，有利于水力工况的稳定和提高
传热系数，但是系统阻力有所增加，为了使冷媒与空气之间有较大温差，一般让
空气与冷媒之间按逆交叉型流动，即进水管路与空气出口位于同一测，出水管路
与空气进口位于同一侧。
２
第一章绪论
二、表面冷却器的热湿交换及其计算方法
表面冷却器的热湿交换（冷却介质和空气之间）的影响因素包括：
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｋ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｉｌｓ ｉＳ ｍｏｓｔｌｙ ｍａｄｅ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ＶａｌＤｅＳ ｏｆ
Ｋ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｔｉａｌ ｆｏｒｍｕｌａｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ．ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ａｒｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｋ ｏｆ ｃｈｉｌｌｅｄ．ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
初状态，２为空气终状态．ｃ。为空气的定压比热，‘的大小直 接反映在减湿冷却过程中。它反映了凝结水析出的程度，又反映 由于湿交换存在使得传热量增大的程度，可以认为当表冷器表面 上出现凝结水时，外表面换热系数比只有潜热传递时增大了Ｉ 倍，显然，对于等湿冷却过程，‘＝１。 由式１．１和ｌ一２可见，当表面冷却器的结构型式一定时．等湿冷却过程的Ｋ 值只与空气侧和冷媒侧的表面热交换系数ａ。和ａ，有关，而减湿冷却过程的Ｋ值 除与ｎ．和ａ，有关外，还与过程的析湿系数Ｅ有关。由于ａ。与ａ，一般是水和空 气流动状况的函数，因此，在实际工作中往往把表面冷却器的传热系数整理成以 下形式的经验式：
值，然后回归出经验公式。本论文主要对当前空调工程中广泛使用的水冷式表冷 器的传热系数Ｋ进行数值分析和研究。
本文首先对翅片管在干、湿工况下的热质交换过程进行了理论分析．对翅片 部分按工况的不同分为干工况、湿工况和部分湿工况。然后以平真翅片表冷器为
研究对象建立了表冷器的数学模型．将整个表冷器考虑为空气与水的真正逆流换 热，沿空气流动方向划分为很多个控制体单元，在假设了水出口温度和空气进口 处的盘管表面温度后，编制了计算机程序按顺序对每个单元进行迭代计算，并将 计算值同测试结果进行比较。而后在此基础上加以修正对常用的波纹片表冷器进 行计算，并同样将计算值同测试结果进行比较。最后分析了两者之间产生差别的 原因，并分析讨沱了表冷器的主要结构参数的变化对其性能的影响。
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｍａｒｃｈｉｎｇ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａｉｒ
ｉｎｌｅｔ ｔｏ ｏｕｔｌｅｔ．ａｎｄ ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｆ ｎｅｅｄｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅＩ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｒｅｃｔ ｏｆ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌ
ｃｏｉｌｓ．ｔｈｅ ｃｏｌｌ ｉＳ ｍｏｄｅｌｅｄ ａＳ ａ ｐｕｒｅ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｎｌ ｔｕｂｅ
ｐａｓｓｅｓ ａｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｒｅｓｕｌｔ ｉ１１ ａ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ．
ｌ、两种流体之间的温差。
２、表冷器的构造型式。
３、空气的流速及其入口参数。
４、冷却介质的流速及其入口参数。
根据ＡＲＩ一８１标准．表面冷却器两种流体的进口参数大致在如下范围：
进口空气干球温度：
１８．３—３７．８Ｕ
进口空气湿球温度：
１５．６—２９．４℃
空气迎面风速：
１．５—４．１ｍ／ｓ（有时可低至１．０ｍ／ｓ，高至７．６ｍ／ｓ）
Ｋ：』——Ｌ一＋上Ｉ，Ｗ／（ｍ：．℃）
（１—３）
【一心”ｆ”Ｂｙ。”ｊ
式中：
ｖｒ一空气迎面风速，ｍ／ｓ；
ｖｒ表冷器管内水流速。ｍｌｓ：
Ａ，Ｂ，Ｐ，Ｉｎ，ｎ一由实验得出的系数和指数。
实际应用中多采用定常的实验方法，即在若干个自变量中，固定某些量，只
变一个量，求出函数与此自变量的关系，这样直到求出所有自变量与函数的关系。
将发生碱湿冷却过程或称湿冷过程（湿工况）。
由于在等湿冷却过程中，主体空气和边界层空气之间只有温差，而并无水蒸
气分压力差，所以只有显热交换发生，而在减湿冷却过程中，由于边界层空气与
主体空气之间不但存在温差．也存在水蒸气分压力差，所以通过表面冷却器表面
不但有显热交换，而且还伴随着湿交换的潜热交换。由此可知，湿工况下的表冷
噩逸，二怒
耗用材料省和加工工艺先进 等优点。尤其使用专门模具加
窳丽
工肋片实现肋片穿孔的二次
ｄ》忻鞠ｑ
ｒ＇：扭曲血
翻边，如图卜３ｅ，保证了肋
图卜３
片的问距和肋片与管子的接触程度，进一步增强了传热效果。串片管生产的机械
化程度可以很高．现在大批铜管铝片的表面式换热器均用此法生产，因此在空调
工程中得到了广泛的应用。
冷水进口温度：
１．７一１８．３＂Ｃ
水流速：０．３—２．４＂Ｃ
表面式冷却器的热湿交换是在主体空气与紧贴表冷器的边界层空气之问的
温差和水蒸汽压力差作用下进行的，根据主体空气与边界层空气的参数不同，表
面冷却器可以实现两种空气处理过程：
当边界层空气温度虽低于主体空气温度，但尚高于其露点温度时将发生等湿
冷却过程或称干冷过程（干工况）：当边界层空气低于主体空气的露点温度时，
表面冷却器垂直安装时．应使肋片垂直，以利凝结水从肋片上顺利排出，且
在下部设置滴水盘和排水管，按空气流动方向来说，表面式冷却器可以并联，也
可以串联或者既有串联又有并联。到底采用什么样的组合方式，应按通过空气量
的多少和需要的换热量大小来决定，一般是通过空气量大时采用并联。需要空气
温降大时采用串联。
相对于空气来说并联的表面冷却器其冷媒管路也应并联，串联的表面冷却器
增强肋片和管子的接触程度，所以此类换热器具有较高的传热效果，对于光滑肋
第一章绪论
片，则具有较小的空气阻力。
２）镶片型。将金属带绕在有螺旋形槽管子的槽内，再经挤压使金属带紧密
的镶嵌在槽内。
３）轧片型。用专门的轧管机直接将管予轧制成圆形肋片管。由于肋片和管
子问无接触热阻．所以具有较好的传热效果。
２、整体穿片型
度，然而由于水膜温升及膜层热阻影响较小，计算时可认为紧贴冷凝水膜的饱和
空气边界层温度及水蒸气分压力与不存在水膜时一样。
由传热学可知，换热器的换热量可写为：
Ｑ＝ＫＰＡｔｄ
ｗ
（卜１）
式中： Ｋ一传热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）；
卜传热面积，ｍ２；
△ｔ广对数平均温差，℃；
第一章绪论
当表面冷却器的尺寸及换热介质的温度给定时，表冷器的热交换能力主要取 决于传热系数Ｋ的大小．传热系数Ｋ是衡量表面冷却器热工性能的主要指标．如 果不考虑其它附加热阻，表面冷却器的传热系数常以阻下形式束表示：
收热量的不同，联箱和肋管可有不同的连接方法
常用的Baidu Nhomakorabea面式换熟器主要有以下两大类型：
１、圆形肋管束
在管子外加圆形肋片，根据加工工艺的不同，又有以下几种圆形肋管，如图
卜２中所示。
１）绕片型。将金属带绕制在管子上，片型有皱褶形、Ｌ形和Ｉ（光滑片）。
皱褶形肋可增加传热面积和增强空气扰动，且绕制后的肋管经搪锡或锌处理，可
器比千工况下有更大的热交换能力，或者说对同一台表面冷却器而言，在被处理
的空气干球温度和水温保持不变时．空气湿球温度愈高，表面冷却器的冷却减湿
能力愈大。
对于减湿冷却过程，由于外表面温度低于空气露点温度，在稳定工况下，可
咀认为，在整个外壁面上形成一层冷凝水膜，且水膜保持一定厚度，多余的冷凝
水不断的从换热面流走。冷凝过程中放出的凝结热使水膜温度略高于壁表面温
关键词：表冷器，传热系数，数值分析
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｉｒ－ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｉｌｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉＳ ｍａｉｎｌｙ ｅｍｂｏｄｉｅｄ ｂｖ ｔｌｌｅ ｈｅａｔ ｔｒａｉｌｓｆｅｒ