管排数对翅片管不同工况下换热性能影响

 

        

      换热器设计是一项十分重要的工作，它涉及到换热设备的成本、运行及性能状况等。为改善换热器性能，提高系统能效，优化换热器结构需要从许多不同角度考虑。从换热基本方程式可知在相同迎风面积下改变翅片管排数可以使传热面积增大，必然使得换热量增大，但是，针对不同使用用途的翅片换热器，其具体排数的合理性有必要作出相应的分析。    

      本文将就管排数对翅片管换热器在不同工况下的性能，在实际生产选择上作出分析并提出参考。    

（示意图，不对应文中任何产品信息）

1  模型的建立      

       

2  约束条件及工况      

       

利用EVAP-COND软件，研究翅片管蒸发器在中三角风速分布下，不同管排对空调蒸发器和冷风机蒸发器性能的影响的比较。翅片管蒸发器的几何参数如表1所示。

支路布置形式如图1所示。

本文以常用空调器和以适用于温度为0℃左右的冷库冷风机为例。为保证压缩机运行工况稳定，以制冷剂出口状态作为蒸发器模拟的运行条件，蒸发器进口空气干、湿球温度相关参数分别采用如下表2 所示。

3  模拟结果及分析      

       

为便于对两种不同类型蒸发器适用场合下的模拟分析，现对空调器蒸发器运行工况记为工况一，冷 风机蒸发器运行工况记作工况二（如表2）。在设定好的模拟条件下，研究不同管排数（见图1）对蒸发器换热性能的影响。

翅片管蒸发器在两种不同工况下的整体换热量随管排数的变化如图2所示。

由如图2可以得出，随着管排数的增多，两种工况下蒸发器的换热量依次增大。对于工况一，最大值为5排管时的7.89kW，最小值为2排管时的4.51kW，最小值比最大值小42.8%；

对于工况二，最小值比最大值小64.8%。由于换热接触面的增加直接导致换热量的增加，可以看出增加幅度逐渐变小。制冷剂流量对翅片管蒸发器换热量产生重要影响，制冷剂流量随管排数变化如图3所示。

由图3可以看出，随管路数的增加，两种工况下制冷剂流量的变化趋势与图2中换热量均基本保持一致，管路数越多增加趋势逐渐变缓。制冷剂侧的传热系数主要取决于制冷剂的流量，因此制冷剂流量也直接影响到翅片管蒸发器的总换热量。两种不同工况下翅片管蒸发器的压降随管排数的变化如图4所示。

由图4结合图3所示，当管排数增多时，管路内的制冷剂流量增大，随着制冷剂沿流动方向的吸热蒸发，使得沿程干度增大，气体逐渐增多，导致管内的平均流速逐渐增大，同时压降也在增加，由图4 可知两种工况曲线的斜率并不相同。

压降随管路数的增加几乎呈线性正相关。显热比是显冷量和总冷量的比值，是能够反映制冷量利用程度的指标。对空调器需要制冷量来满足空调房的温度需求，对冷库冷风机都需要制冷量来满足库温对食品的保鲜需求。其中显热制冷量是能够反映降温性能的。图5显示了蒸发器的显热换热量随管排数的变化在总换热量中的占比情况。

在给定工况下，翅片管蒸发器换热量主要来自蒸发器中制冷剂的相变显热。图5可以看出两种工况蒸发器的显热换热量随管排数的变化及在总换热量中的占比，可以发现2排管换热量最低，随排数增多换热量增加幅度不大，对于家用空调器3排管换热量比较明显，对于高温冷藏库由于温差小温控好，宜控制小温差大风量。

4 结论      

       

本文对给定翅片管蒸发器的几何参数、支路布置形式及模拟运行条件下，对比了两种工况下5种管排数布置对蒸发器换热的影响，得出以下结论：

（1）随管排数的增多，两种工况下蒸发器的换热量依次增大。对于空调器，最小值比最大值小 42.8%；对于冷风机，最小值比最大值小 64.8%。由于换热接触面的增加直接导致换热量的增加，此外增加幅度逐渐变小。

（2）管排数的增多使制冷剂流量和压降都增大。当管排数增多时，管路数多的压降更大，几乎呈线性正相关；制冷剂流量的变化趋势与换热量基本保持一致，管路数越多增加趋势逐渐变缓。

（3）对于空调器选用多排数时，可适当提高迎面风速，以增强后面几排的的传热，建议3排最佳；对于食品冷冻冷藏冷风机，进出风温差受风量的影响较大，为避免进出风温差大，增加食品干耗，建议小温差大风量控制电耗情况下，可以适当增加排数以4排管。

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