带有流体分布不均的翅片管蒸发器的家用空调系统的性能

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1、带有流体分布不均的翅片管蒸发器的家用空调系统的性能摘要：用数值模拟研究带有流体分布不均的翅片管蒸发器。翅片管换热器通常有一个预先定义的管路。然而,本研究的目的是以独立的方式调查每个独立分布不均源。因此,为了这个调查,蒸发器和冷凝器被简化成直管。本文描述了一个R410A系统的数值模型,其验证和调查了独立分布不均源。分布不均源感兴趣的是:进液/气相分布、支线管弯曲和分布不均的气流。结果显示分布不均降低了冷却能力，影响系统的性能系数。特别是,不同的相分布和非均匀气流显著地降低了性能。不同的支线管弯曲只造成轻微的性能下降。2010年教育部博士点基

2、金,IIRª有限公司。保留所有权利。关键词：冷却/空调/翅片管/模型/模拟1.引言在制冷系统中减少能源消耗和制冷剂对环境、立法和经济变得越来越重要。因此，紧凑型干式膨胀多管道式换热器是未来的制冷技术所感兴趣的。在蒸发器中多管道的使用产生的制冷剂分布不均，已被证明减少了制冷系统的制冷量和性能系数。佩恩和曼斯（2003）指出，当管道发生压降并且整个过热度值达5.6℃时两个不同的翅片管蒸发器由于在管道间变化的过热度值制冷能力下降可达41％和32％。通常情况下,翅片和管被当做家用空调系统中的室内管道,就是蒸发器。两个管道组成A型,顾名思义,为了增

3、加蒸发器的迎风面积。一个缺点是对于管道，气流变为非均匀，造成气流分布不均。在Lee等人 （2003年）的数值研究中，非均匀的气流分布减少蒸发器达6％的容量。阿卜杜勒-阿齐兹等人 （2008年）指出，气流也可能制造一个管道下部回流区。他们通过使用计算流体动力学模拟了气流通过A型管道。这些管道内的回流区由于循环气流不被交换导致制冷能力的下降。为了平均分配制冷剂,制冷剂混合度和制冷剂分配器的方向也很重要。由同样的密度差异液态和气态相看出，最好的流量方向是垂直的。然而，这个方向不始终确保最佳的制冷剂分配。中山等（2000）研究了分配器的新型毛细管

4、混合空间，取代了传统的孔板分配器。他们指出，当使用传统的分配器时，倾斜垂直方向15度时，蒸发器容量减少1.5％。然而，新型分配器只减少了0.4％。在垂直方向上新型的分配器中更好的制冷剂混合度，比传统的分配器容量增加1.2％。李等人 （2005）用流体动力学研究了在分配器中的制冷剂的流量分配。在一般的情况下作者认为底部球形的分配器取得最佳的分布，同时孔口应靠近分配器底部。糖度等人（2009）研究了在R134a的小通道蒸发器中分布不均的汽车空调系统。用简化双通道几何形状的方法研究了入口蒸汽质量和气流不均匀性数值。当只有液体进入通道2和剩余混合

5、物进入通道1时，制冷量减少了23％。当经过通道1和2的空气流速分别为2.24m/s和0.96m/s时，制冷量下降19％。此外,由于多通道蒸发器中不同的压力下降,不同的支线管弯曲引起制冷剂分布不均。 Kim等（2009年a，b）研究了五通道翅片管R410A热泵内的制冷剂和气流分布不均。两三个通道分别被同样看待。从本质上讲，有两个管道，其中一个面积比另一个大50﹪。研究发现当一个管道中支线管直径减少了25％，或入口的空隙率增加了5.5％时制冷量和性能系数分别下降12％和8％。他们还发现，保持总体积流量不变，当两管道气流比率为0.4时，制冷能力

6、和性能系数分别下降16﹪和11﹪。可以用智能制冷循环在一定程度上弥补气流分布不均，然而，制冷循环并不能保证在变工况条件下优化制冷剂分布。多曼斯基和亚沙尔（2007）采用了一种新的优化系统，称为ISHED（换热器智能系统的设计）来优化气流分布不均的制冷剂回路。他们利用粒子图像测速法测量了空气的剖面流速。当测量的数据被用来作为他们的仿真模型的输入时，与隔行扫描型管路想比，制冷量增加了4.2％。由于管道是相互连通的，蒸发器管道通常使用不同的管路构造类型可能会干扰制冷剂使之分布不均，管路也可能产生空气温度分布不均，水分和/或霜冻。在这项研究中，为

7、了执行一个通用的调查每一个的分配不均源，我们要分离每一个分布不均的影响。每个管道简化为两个直通道，每个通道的第一行进气口对齐为了有相同的进气口温度。此外，假设每个管道有相同的流量分布状况。测试的案例是一个8.8kW住宅空调单元。本次调查的重点是研究蒸发器中的分布不均的流体效果。 目的是审查分配器，支线管和气流对制冷量和性能系数的影响。本文包含了发达国家蒸发器的模型描述，以证实在本文中的结论。该模型验证了比较结果,这个商业软件程序称为管道设计（江等，2006）。每个气流分布不均源然后被每个单独源模型研究。最后，调查了两相摩擦压力的下降和传热

8、关系的意义。许多两相摩擦和传热相关性的存在，可能会产生不同的结果。我们还研究这些变量对计算流量分布不均的的影响。因此，三种不同的两相摩擦和传热相关性在蒸发器模型中被应用。因为通道是相互干涉的，