套管式冷凝器优化分析及应用

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1、第H卷第I期制冷与空调EJJH年K月LMNL8CMLO+8BPOPQO8LR5BPQ8+8BP8PCSH>SK""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""套管式冷凝器优化分析及应用严雷汪伟华（天津商学院）摘要以热流密度为目标函数对套管式冷凝器进行优化分析，得出在不同套管直径下的热流密度最大值与最佳内管直径的关系，将其应用于套管式冷凝器的设计，为选取最佳方案提供一种方便的分析方法。关键词套管式冷凝器优化设计冷凝器!"#$%$&’#$()’)’*+,$,’)-’""*$.’#$()(/-(01*23"$"2.()-2)

2、,24!"#$%&’"#(’%&)*"（+&"#,&#-#&.%/0&12345366%/7%）567895:88#1)&09"9%/""#":20&06%1)3;&09/%0%#1%;13391&6&<%1)%)%"11/"#04%/9%/43/6"#7%341)%;3*=:%>9&9%73#;%#0%/0?+)%6"@&6*6)%"14:*@"#;391&6*6
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3、;%0&(#?;<=>!9?7;3*=:%>9&9%73#;%#0%/；391&6&<"1&3#；73#;%#0%/目前所见到的对套管式换热器的研究资料不为了便于分析，在以下的传热计算中，作E点假设：多，牛广林等［A］对直流套管式蒸发器建立了数学A）忽略冷凝器中高压蒸汽显热段冷却和冷凝模型并进行了仿真，得出其静态及动态换热特性，液的过冷，认为制冷剂在冷凝器中是从饱和蒸汽冷所使用的工质为水蒸气；B?C"/7&">D"::";"/%0等［E］凝为饱和液的潜热交换。这是因为，对于过热段的用数值方法详细计算了套管式冷凝器及蒸发器内显热冷却，尽管传热温差比较大，但传热系数较小［F］，因此这部分显热交换量

4、较小。而且套管式沿管长及径向的温度分布和换热特性。这些研究对预测套管式换热器的换热特性是有效的方法，但冷凝器内冷凝液的过冷度很小，交换的热量也很对套管式换热器工程设计来说并不适用。为此，笔小，所以这部分热量也可以忽略。因而可以认为制者采用优化分析的方法，寻求获得最佳换热效果的冷剂的温度恒等于冷凝温度!G，制冷剂和冷却水套管式冷凝器设计方法。的温度沿管长的分布如图E所示。@数学模型及优化方法E）忽略工质与外界环境间的换热。这是由于制冷剂释放的潜热主要是被水带走，通过管壁散到@?@热力计算及目标函数小型制冷机用套管式冷凝器结构如图A所示。大气中的只是极小一部分，故可忽略。图A套管式冷凝器结构示意图

5、图E沿管长温度分布示意图!收稿日期：EJJT>AA>AH万方数据通讯作者：严雷，M6"&:：2"#:%&!1,7*?%;*?7#第)期严雷等：套管式冷凝器优化分析及应用·%$·在以上两个假设条件下，用传热方程可以计算!(和!!的大小则取决于0(和’!的大小。在0(出制冷剂与冷却水之间的单位面积热交换量：一定的条件下，’增大则管外换热系数!增大，!!!!"#!·!$"（#）而管内换热系数!(相应减小，反之亦然。因此，式其中，!为热流密度（$／（"%·&）），#为传热系（3）必然存在一个最大值。笔者将式（3）作为目标!!数（$／（"%·&）），!$为对数平均温差（’）。考虑函数，用优化分析方法寻求

6、!!的最大值。"到管内外的污垢热阻，传热系数可表示为：!4"约束条件在寻求（3）式的最大值过程中，各变量还要受##（%）!"#"’"#）’"到一些条件的约束，主要有：%&!%·%（&(%!!#’!!(’!#）’!0；!(式中&(和&!分别为管内、外侧污垢热阻，其值详%）0"0"0，这主要是考虑到一方("(1(("56见文献［)］；分母中第三项为管壁热阻，对铜管来说面受目前生产的钢管规格所限；另一方面，如管径可忽略不计。!(和!!为管内、外侧对流换热系0太小，则整个管子很长，如管径0太大，则会加((数。大结构尺寸；对与氟里昂侧的对流换热系数，由于假设为从-）（$%7$#）#!$"(1，即冷却水的

7、进出水温差不饱和蒸汽冷凝到饱和液的完全冷却，因此可用下式宜过小，否则冷却水量太大，将使运行费用大大增计算［*］：加。!$的数值根据文献［-］的规定选取。"(1!!（!(**%%(!,）（-）!4#优化分析方法!"+$!(-.所用优化分析方法选用可变误差多面体算其中$为对比压力，!为假定蒸汽全部凝结为液+法［*］，求解式（3）在不同套管直径0下的极大值。(体时的对流换热系数，由下式计算［*］：该方法