单元式风冷冷风机组冷凝器设计

R134a单元式风冷冷风机组冷凝器设计Ξ

尹　斌1),2)　欧阳惕2)　丁国良1)

　1)(上海交通大学)　2)(广东申菱空调设备有限公司)

摘　要　单元式风冷冷风空调机组普遍采用波纹翅片管冷凝器。对冷凝器进行设计的关键是确定制冷工质在铜管内的冷凝换热系数及空气在翅片侧的表面换热系数,同时也需要考虑空气流过冷凝器的压降,以便选择风机。采用数学模型及换热关联式计算相关参数,在此基础上对R134a单元式风冷冷风空调机组的冷凝器进行设计。

关键词　R134a　单元机　波纹片　冷凝器

Design of condenser for unit air2conditioning using R134a

Y in Bin1),2)　Ouyang Ti2)　Ding Guoliang1)

　1)(Shanghai Jiaotong University)

　2)(Guangdong Shenling Air2conditioning Device Co.,Ltd.)

ABSTRACT　Wavy fin heat exchangers are usually applied as condensers for unit air condition2 ing.Obtaining condensation heat transfer coefficient of refrigerants inside copper tubes and sur2 face heat transfer coefficient of air flowing fin2tube bundle is the key to condenser design. Meanwhile,pressure drop of air flowing condensers must be considered in order to choose air es mathematical models and heat transfer correlation to calculate these parameters. Then designs a wavy fin2tube condenser of unit air conditioning using R134a as refrigerant. KE Y WOR DS　R134a;unit air2conditioning;wavy fin;condenser

目前对风冷冷凝器的研究主要集中在两个方面:一方面是管内冷凝换热特征的研究;另一方面是不同形式强化翅片换热及阻力特性的研究;由于制冷工质在管内冷凝存在相变,因此换热现象很复杂。许多学者的研究结果表明,影响管内冷凝的重要因素是制冷工质在管内的流型,流型主要分为三种,即环状流、层状流、环状流向层状流转变的过渡流。影响环状流的主要因素是界面处的气-液剪切力,而影响层状流的主要因素是重力[123]。管内冷凝换热的理论模型还在不断完善,但一些通过大量试验得出的换热关联式还是可以较好地预测管内冷凝换热系数。对于强化翅片的研究主要以试验和数值计算为主,这是由于翅片结构复杂,很难用理论模型描述[4]。平翅片的研究已经成熟,在设计过程中,强化翅片的表面换热系数和阻力可以在平翅片的基础上乘以一个修正系数,从而使设计结果接近实际。

笔者采用理论模型所设计的风冷冷凝器使用的是光滑管、波纹片。波纹片的结构见图1

。

图1　波纹片结构简图

第7卷　第1期　2007年2月

制冷与空调

REFRIGERA TION AND AIR-CONDITION IN G

53255

Ξ收稿日期:2005210231

通讯作者:尹斌,Email:binyinmail@

1　换热模型介绍1.1　冷凝换热模型

冷凝换热模型中,经典的是努谢尔特模型。但努谢尔特的理论分析忽略了蒸汽流速的影响,因此只适用于流速较低的场合,不能应用于空调冷凝器

的设计计算。近年来研究者通过试验得出一些管内冷凝换热关联式,但大多数试验是针对R12和R22等工质,针对R134a 的相对较少。笔者列出了基于R134a 的管内冷凝换热关联式,见表1。

表1　基于R134a 的管内冷凝换热关联式

作者

关联式

Shah

N u =N u l ·

(1-x )0.8(1+3.8

Z

0.95)

,Z =(

1

x -1)0.8(

p p c )

0.4

N u l =0.023Pr 0.4l ·Re 0.8l ;(velocity >3m ·s -1,Re l >350,Re v >3500)

Cavallini 2Zecchin

Re l =G (1-x )d i μl ,Re v =G (x )d i μv ,G =

m r

A i Re eq =Re v ·(μv μl )·(ρl ρv

)0.5

+Re l ;(11<(ρe /ρv )<314)N u =

αd i

k l

=0.05·Re 0.8

eq ·Pr 0.33

l Traviss ,et al.

X tt =(

ρv ρl )0.5·(μl μv )0.1·(1-x x )0.9N u =

αi d i

k l =Pr l ·Re 0.9l ·

F l (X tt )F 2(Re l ,Pr l )

Re l =

G (1-x )d i

μl

,F l =0.15(

1

X tt

+

2.83

X 0.476

tt

)F 2=5Pr l +

5ln (1+5Pr l )+2.5ln (0.00313Re 0.812l );(Re l >1125)Dobson and Chato

Re l ≥1250;

F r =1.26·Re 1.04l ·(1+1.09·X 0.039

tt X tt )1.51Ga 0.5;

Ga =g ·ρl ·(ρl -ρv )·d 3

i μ2

l

N u =0.023·Re 0.8l ·Pr 0.3l ·2.61

X 0.805tt

;(Fr >18)

R.Bassi 等[5]对表1中的Shah 关联式、Cav 2allini 2Zecchin 关联式、Dobson 关联式进行了研究,并与试验值作对比,见图2所示。R.Bassi 等认为Cavallini 2Zecchin 关联式与试验结果最接近,其最大误差只有8%。

图2　换热模型与试验的对比(R.Bassi 等[5])

由于Cavallini 2Zecchin 关联式能够较好地预测R134a 在光滑管内的冷凝换热,因此笔者采用该关联式通过计算机模拟研究R134a 在光滑管内的换热特征。图3所示为冷凝温度54℃时,R134a 的

冷凝换热系数随干度的变化。从图中可以看出,随干度的增大,R134a 的冷凝换热系数增大,而且质量流率对R134a 的冷凝换热系数有很重要的影响,质量流率增大,冷凝换热系数增大。图4为Cavallini 2Zecchin 关联式中的平衡雷诺数随干度的变化。从图中可以观察到,平衡雷诺数的变化趋势与冷凝换热系数的变化趋势相同。这就说明,在一定的质量流率下,平衡雷诺数是影响冷凝换热系数的直接原因。

图3　冷凝换热系数随干度的变化

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45· 制　冷　与　空　调 第7卷