空调用环形热管换热器的实验研究

充液量是影响环形热管换热器传热效果的重要因素之一,也 是设计和应用中的重要参数。充液量过大,凝结换热效果也随之 减弱,从而对热管换热器的整体换热效果产生不利影响[1];充液 量过小,则会使加热段上部管内壁面无液膜覆盖,引起传热恶 化[2]。影响充液量的因素很多,如工作介质特性、热流密度、工作 温度及热管的结构形式等[2]。
目前,确定热管换热器充液率的方法主要有两种[3],一种是 理论分析及计算的方法,此方法可用于不同的系统和工况,但计 算结果的可靠性,依赖于所建模型和实际系统与工况的吻合程 度。文献[3]根据质量守恒原理推导出了热管换热器充液率的方 程式,并综合考虑分离式热管换热器的尺寸,工质蒸发温度及热 负荷对充液率的影响,得到了计算膨胀液池高度上边界的半经验 公式,但本文所采用的蒸发段与冷凝段无高差的环形热管换热器与文献[3]所建模型时采用的有高差热管换热器存在明显差异, 因此不能直接应用其结论。另一种是实验的方法,此方法以系统 实测性能最佳为目标,得出特定系统和工况下的合理充液率。如 文献[4]提出,在采用丙酮为工质,水平排管串联型分离式热管在 蒸发段加热功率为1.4kW,风量为150m3/h的条件下,其最佳充 液率为70%~114%(充液率的定义是工作介质的充注量与蒸发 器的容积之比)。

本文所研究的空调用环形热管换热器的热管蒸发段与冷凝 段之间无高差,其工作机理与传统的分离式热管工作机理有所不 同。为了弥补这方面研究的不足,本文采用实验方法就充液率和 风量对环形热管换热性能的影响进行了研究,以了解环形热管换 热器在空调工程应用中的节能效果。本文以R22作为工质对文献 [5]所提出的环形热管空调机组的热管换热性能进行了实验研究。在风量为1600m3/h,室内设计温度为21℃~29℃的条件下,对 环形热管换热器在10%~90%(工作介质在热管换热器蒸发段管 内淹没高度与蒸发段管长之比)的9种不同的充液率分别进行了 实验研究,并且对环形热管在充液率为70%时不同风量下的传热 性能进行了实验。研究结果可为空调用热管换热器合理充液率 的选择提供理论依据。

1　实验装置及实验方法
1.1　实验装置
图1是环形热管式空调机组空气处理的简化示意图[6]。系 统工作时,液相工作介质在热管蒸发段中,从热源中吸热蒸发后, 由蒸汽管传输到冷凝段,然后在冷凝段中向冷源放热凝结,凝结液 体通过液体管线再次回到蒸发段,从而完成一次循环。工作介质 在不断的循环过程中将热量源源不断的从蒸发段传输到冷凝段。

1.2　实验方法
本实验在焓差实验室进行,将制作的环形热管换热器、表冷 器及其测试设备安装到空调性能测试实验台的接入口,在热管换 热器进出风处与表冷器两侧各加两个测量断面,每个测量断面有 两个条状铂电阻测温计,分别测量其出风状态的干、湿球温度,并 将测得的数据输入计算机进行记录与储存。各测量断面测量得 到的空气的干、湿球温度分别用来计算热管换热器蒸发段的换热 量与表冷器的换热量及冷凝段的换热量,进而测试热管换热器蒸 发段、表冷器及冷凝段的工作状况与性能。
本实验设计风量分别为1000m3/h,1600m3/h,2000m3/h 冷冻水进水温度7℃,冷冻水流量3.00m3/h;充液率为10%~ 90%;室内设计温度为21℃~29℃。
2　实验结果及分析
2.1　不同充液率下的换热量比较与分析 图2是在室内设计温度29℃,风量1600m3/h条件下,不同 充液率对换热量的影响。

如图2所示的环形热管换热器的最佳充液率出现在70%。 充液率为10%~50%之间时,换热量相对较低并呈缓慢增加趋 势,但当充液率从50%增大到60%时,其换热量有明显的提高。 当充液率超过70%后,换热量呈下降趋势。通过实验表明,环形热管换热器存在一个合理充液率,过大或过小的充液率对其换热性 能都有不利的影响。