浅谈蒸发器特性

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1、浅谈蒸发器特性摘要制冷、热泵系统中进行的是一个传热、传质流动的复杂过程，并且是一个不断变化的动态过程。其中蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一，它的运行状况直接关系系统的优劣，作为制冷、制热的低温换热器，蒸发器与低温热源进行热量交换。其动态特性的模拟预测和研究无论対蒸发器木身的设计、运行还足对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。本文以逆流套管式蒸发器为研究对象，从其结构特点出发，经适当假定，运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。用数值方法对模型方程进行离散求解。得到并分析了动态过程屮蒸发器制冷剂侧及水侧各主

2、要参数的沿程分布及其随时间的变化情况。关键词：蒸发器动态分布动态模拟中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：引言：制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切，尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高，制冷和热泵行业发展迅速，与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加，缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。据统计，暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%,并有逐渐上升的趋势。在我国经济保持快速增长的同时，重要能源的紧缺止逐步成为制约我国经济发展的瓶颈，因此，开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一，也是“可持

3、续发展”国策的迫切要求。而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一，它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣，因此，蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。蒸发器动态分布参数模型的建立作为制冷、热泵装置的重要部件一蒸发器，其中的液体流动和传热、传质过程相当复杂，而且蒸发器木身的儿何结构也变化多样、很不规律的。蒸发器的整个运行过程是一个动态过程，山于外界环境参数的变化、或系统内某个热工参数的变化，导致系统从一个稳定工况变为另一个稳定工况。因此，対蒸发器只有采用动态的研究方法，才有可能得到较符合实际的结果。整个制冷、热泵装置均是在动态下工作，纯粹

4、的稳态工况是不存在的。到目前为止，对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解,提高系统各部件及系统的效率，实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等，必须建立能描述整个系统的动态数学模型。作为制冷系统的关键设备一一换热器仍是研究者们历来研究的重点，其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重耍的作用。因此，换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。在制冷、热泵装置中，换热器包括蒸发器和冷凝器，二者的研究有相似之处，但也有很大不同。比较而言，蒸发器的研究要比

5、冷凝器复杂得多，它对系统的影响更大，建模过程中要考虑的因素更多。蒸发器模型的建立主要有集中参数和分布参数两种方法，前者具有计算速度快，稳定性好的优点，通常用于定性分析；而后者具冇计算精度高、结果可靠、能较好的反映研究对象真实运行状态等优点，采用该方法建模具有现实意义。木文以套管式蒸发器为研究对象，采用分布参数法建立模型，模型中水与制冷剂间的换热视为逆流换热，蒸发器中制冷剂在管内流动，主要经历从两相到过热的过程，但为了增大模型的通用性、更加全面地研究蒸发器的动态特性，在模型中考虑了过冷区以及过冷沸腾区。在某些工况下，制冷剂虽经膨胀阀后压力下降，但仍有

6、可能以过冷状态进入蒸发器。此时，制冷剂温度低于相应压力下的饱和温度，管壁温度也不高于该饱和温度。随着制冷剂不断被加热和所接触的管壁温度越來越高，制冷剂将进入过冷沸腾状态，在此区域中，虽然制冷剂的主流温度还低于相应压力下的饱和温度，而管壁温度已高于该饱和温度。在制冷剂贴近管壁的地方会产生少量小气泡，在其进入主流的过程中乂迅速消失。这样，在这一区域的换热系数就要高于纯粹的过冷区。当制冷剂的主流温度达到相应压力下的饱和温度时，产生的气泡越来越多并且不再消失，换热系数也在迅速增大，这就是所谓的核态沸腾。而蒸发器动态参数模型的建立包括管内制冷剂侧、金属管壁和

7、管外水侧三部分。在建立蒸发器的动态分布参数模型方程时先做以下假设：1）制冷剂在管内为一维流动；2）忽略制冷剂的轴向导热；3）忽略重力对制冷剂流动的影响;4）不考虑制冷剂的粘性耗散效应；5）管外水的流动亦视为一维流动，且忽略水侧的压降；6）不计管壁径向热阻；7）套管外壁保温良好，其散热损失视为零。在有效假设的情况下,引入边界条件，边界条件的引入是为了确定微分方程具体解的形式,对于数值计算，正确的给定边界条件也是很重要的。在蒸发器的动态模拟中，制冷剂侧的边界条件为：进口压力P,进口焙hr,进口流量Gr；水侧的边界条件为：进口温度Tw,进口流量Gwo其中

8、，稳态模型的求解只需知道边界条件即可，而对于动态模拟山于多了时间变量，还必须给出相应的初始条件，以确定下一时刻的物理参数值