基于模型的制冷翅片管换热器数字化设计技术
翅片管式换热器的数值模拟与优化
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第 29卷增刊 ·82·化工进展翅片管式换热器的数值模拟与优化司子辉,张燕,康一亭,欧顺冰(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039摘要:利用 FLUENT 数值模拟方法,研究两种翅片(波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片的表面流动性与传热性,得到不同风速表面传热系数的分布。
表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为 5%~10%,证明该模拟方法的正确性。
研究结果表明:当气流速度不同时,波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%~28%,节约能耗,强化传热。
关键词:翅片;数值模拟;表面传热系数中图分类号:TB 657.5; TQ 008 文献标志码:A 文章编号:1000– 6613(2010 S2–082– 05Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing(School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan , ChinaAbstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heattransfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer.Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient翅片管式换热器应用广泛,其强化传热的数值模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。
翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟
文章编号:CAR105翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟陈莹1高飞1高冈大造1徐林虓1李维仲2左建国2(1三洋电机(中国有限公司大连分公司2大连理工大学能源与动力学院摘要采用数值模拟的方法对翅片间距为1.6mm的波纹翅片管换热器的性能进行了研究,考察了在不同的迎面风速条件下1-5列换热器空气侧的换热和压降特性。
得到了翅片表面温度分布、压力分布等结果,分析了迎面风速对翅片表面的温度、空气流动的影响。
数值模拟结果与在相同条件下的试验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证。
关键词波纹翅片换热器数值模拟换热系数压力损失NUMERICAL SIMULATION OF AIR-SIDE PERFORMANCE OFFINNED TUBE HEAT EXCHANGERChen Ying1 Gao Fei1 Daizo Takaoka1 Xu Linxiao1 Li Weizhong2 Zuo Jianguo2(1 SANYO Electric(ChinaCo.Ltd. Dalian Branch Research Dept2 Energy and Power Department of DLUTAbstract The performance of corrugated finned tube heat exchangers are simulated, the characteristic of air side heat transfer and friction of 1-5 rows heat exchangers are investigated under different frontal velocities. The results of temperature profile and pressure profile on fin surface are achieved. The effect of frontal velocity with the fin surface temperature and air flow is analyzed. The numerical results are validated by comparing with the experimental results under the same boundary conditions.Keywords Corrugated fin Heat exchanger Numerical simulation Heat tranfer coefficient Pressure drop0 引言管翅式换热器被大家广为关注[1,2,3],因此,对于管翅式换热器的换热及阻力性能的研究,具有重要意义。
多联式空调室外机翅片管换热器仿真设计
浪费、换热能力不匹配、重复设计等，制约多联机研发 工作的进行。因此，在研发工作中对换热器进行理论 设计和计算是必要的。一般情况下，前期研发的经验 公式和传热学的换热器关联式可以粗略解决部分简 单问题，但难以解决较为复杂的问题，例如翅片管换热 器流路的重新设计、复杂结构或复杂工况下换热器工 作状况的研究等。而且一般情况下，这些方法耗费时 间长，计算精度差。相比之下，仿真计算方法计算精度 高、计算速度快、解决复杂问题能力强，可以显著降低 研发成本，对实验方向提出方向性指引，故更适用于解
自上世纪 80 年代 VRV 系统发明以来，多联机空 调在中央空调市场取得了令人瞩目的成就，其市场份 额已经超过了国内中央空调市场的 50%。随着直流变 频压缩机技术和电力电子技术的发展，多联机空调的 使用范围越来越广，可靠性越来越高，性能越来越好。 在节能减排和单机制冷能力不断增大等背景下，多联 机对热交换器的要求也越来越高。风冷式空调的热交 换器通常采用翅片管式热交换器，其本身作为传热学 基本研究对象之一。然而在实际选型，应用以及生产 过程中，往往存在理论计算不充分的情况，造成材料
Abstract: Based on the actual operation state and working environment of multiline air conditioning, the effects of fin spacing, fin form and fin tube length on heat transfer under refrigeration and heating conditions were discussed. The calculation results show that the heat transfer capacity of corrugated, flat and openwindow fins decreases in turn, and the increase of fin density can enhance the heat transfer effect, but the enhancement effect decreases gradually with the increase of fin density; the increase of fin density can significantly increase the air side pressure drop of heat exchanger; the increase of transverse and longitudinal spacing of refrigerant pipeline in heat exchanger has significant effect on heat transfer performance. It has the effect of improvement. Keywords: VRV, finned tube heat exchanger, simulation, airconditioning
翅片管换热器计算机模拟的建模方法综述
翅片管换热器计算机模拟的建模方法综述宋铭摘要：近年来，对于换热器的传热问题，结合计算机技术和数值方法，发展了许多数值传热学的方法，主要包括有限差分法、有限单元法、有限分析法、边界元和有限体积等。
对近年来不同的计算机建模方法进行了简单的综述性整理，以翅片管换热器计算机模拟建模的方法为例进行了讨论。
关键词：翅片管换热器；计算机模拟；冷凝器；蒸发器U464.138.2 ：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.12.065在制冷/热泵装置中，换热器主要分为蒸发器和冷凝器，作为制冷剂与被冷却介质热量交换的媒介，其形式特征多样，性能特点也不尽相同。
本文将对近年来不同的计算机建模方法进行简单综述性整理，以翅片管换热器计算机模拟建模的方法为例进行讨论。
1 翅片管换热器的数值模拟翅片管换热器作为目前空调最常用的换热器，能广泛应用于制冷剂和空气、水之间的强化换热，换热管道一般为多管呈蛇形布置，翅片分为单、双或多排结构，翅片管换热器结构简单、便于加工，使其在制冷空调、化工等领域广泛应用。
研究表明，翅片管换热器管内热阻∶铜管翅片的接触热阻∶管外空气侧热阻=2∶1∶7，可见管外翅片的换热性能是制约换热器总体性能的主要因素。
1999年，Xi等人对比分析用二维和三维模拟2种方法研究了翅片管的换热特性，结果表明，前者的模拟结果大于后者，并提出了建议用二维模拟替代三维模拟进行定性研究。
2005年，西安交通大学的何雅玲等人采用数值模拟的方法对平翅片管中的流体流动与换热进行三维仿真，对5种不同的影响因素——Re数、翅片间距、管排数、横向和纵向的管间距进行了考察，并引入场协同理论分析了数值模拟的结果。
2016年，Zhang等人采用分布参数法对用于三股流换热的翅片管换热器的性能进行了数值模拟计算，并与实验数据进行了对比，提出新型的空气调节系统。
模拟计算流程如图1所示。
2016年，韩国学者Jung等人提出了空调系统中翅片管换热器制冷剂与空气侧换热模拟计算的改进热力模型，其中，在两相流部分，作者分别对气相和液相部分建立独立的质量、动量和能量方程，并将数值模拟结果与实验数据进行对比，其中温度和压力的最大误差分别不超过5 ℃和4%.其中，气液相的质量、动量和能量方程如下：2016年，Liu等人对采用大翅片间距的多孔型翅片在空气侧的换热特性进行了数值模拟分析，针对不同开孔尺寸、开孔数目、翅片间距下空气侧换热的j因子和换热比例进行了详细分析和讨论，并提出了增大换热面积以提高多孔型翅片换热能力的可行性方法。
基于OpenGL的翅片管式换热器可视化仿真方法
ｉ ｄｓ ｕ ｓｄ ｓ ｉｃ ｓ ｅ ．Ａｎ ｔ ｏ ｒｓ ｏ ｎ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｉｈ ｔ ｅ ｆ ｕ ｅ ｗｈ ｓ ｏ ｏ ｈ ｎ ｅ ｒ ｄ ａｌ ｓ ｄ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｈ ｗｉ ｇ ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｗ ｔ ｈ ｇ ｒ ｏ ｅ ｃ ｌ ｒ ｃ ａ ｇ ｓ ｇ ａ ｕ ｌｙ ｉ ｏ ｏ ｓ ｉ
ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ａ ｒ ｃ ｎ ｉ ｏ ｉｇ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓｎ ｐ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｏ ｕ ｅ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｙ ｔｍ ｓ ｓａ ｌ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ Ｏ ｅ ＧＬ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｔ ｒｐ ｏ ｒ ｍｍｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ｎ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｔ ｏ ｏ ｈ ｗｉ ｇｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｈ ｉ ｕ ．Ａ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｒｓ ｏ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｆ ｈ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ｒｗｉ ｔ ｒ ｅ—ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｇ ｒ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｈ ｔ ｅ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｆ ｕ ｅ ｉ ｈ ｃ ｅ ｎ ｉ
（ 上海交通大学制冷与低温 工程研 究所， 上海 ２０ ３ ００ ０）
摘要 ： 采用 Ｏ ｅ Ｇ ｐ ｎ Ｌ的可视化技术 和计算机编程技术 ， 对制冷 、 Ｊ 领域中常用的翅 片管 式换热器进行 町视化仿 真 ， 化 二 详细地 介绍了采用三维图形来 显示翅 片管式换热器结构的方法 ， 以及 用颜 色渐变图来显示仿真结 果的方法 。 采用 这种方法开发 的 翅片管换热器仿真系统具有 友好的用户交互性和 良好用户操作性 ， 给翅片管式换热器的仿真和设计提供了一个友好的和形
Ｖｉｕａ ｉ ｅ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆＦｉ — ｎｄ — ｓ ｌｚ ｄ Ｓ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ －ａ －Ｔｕｂｅ Ｈ ｅ ａｔＥｘｃ ｎｇ ｒ ｄ ｏ ｅ ＧＬ
基于数据库和可视化技术的翅片管换热器仿真
型等不 同形式换热器。本文所构建 的翅片管换热器仿真系统 除 了对单体换热器性能的仿真外 ，还可 以对 多联换热器的性
能进行预测 ，如大型空调室外机中采用的 Ｖ型换热器 的性能 预测等 。 图 １ 显示的是一个 实际系统 中的换热器网络 ，它是 由具 有 ｎ个换热器组成的联合运行 的系统 。每个换热器可 以具有 独立 的类 型结构 ，可以采用各 自独立的翅片 类型和换热管类 型。本仿真系统能够处理 的翅片类型有 ４种 ：波纹翅 片、条 缝翅 片、超条形翅片和百叶窗翅片，能够处理 的换热管类型 有 ２种 ：光滑 管和 强化管 。
［ ｓｒｃ｜Ｔ ｅｆ ｍｅ ｒ ｆｈ ｉ ｌ ｉｎｓｓ ｍ ｒ ｎａｄｔｂ ｅｔ ｘｈｎ ｅ ｓ ｂｉ ｅ ， ｔ ｅｈｌ ｆ ｅｔ ｈ ｏｏ ｙｏ ｔｂｓ ｎ Ａｂｔａ ｔ ｈ ａ ｗｏｋｏ ｅ ｍｕａ ｏ ｙｔ ｆ －ｎ ・ ｅｈａ ｃａ ｇｒｓ ｔ ｌｈ ｄｗｉ ｔ ｅｐｏ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ａａ ａｅａｄ ｒ ｔ ｓ ｔ ｅ ｏｆ ｉ ｕ ｅ ｉｅ ａ ｓ ｈｈ ｈ ｔ ｅ ｄ
ｖ ｓ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｒｂ ｔ ｄ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ，ｔ ｅ ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ｒ ａ ｉｅ ． ｉ ｉ ｌｔｏ ｙ ｔ ｍ ｎ ｌ ｄ ｓｔ ｒ ｅ ｉｕ ｌ ｔｏ ， ｎ ｈ ｉｔ ｕ ｅ ｉ ｌｔｏ ｄ ｌｏ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｈ ｉ ｌ ｔ ｙ ｔ ｍ ｓ ｅ ｌｚ ｄ Ｔ ｓｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ｃｕ ｅ ｈ ｅ ｚ ｉ ｈ ｏ ｈ ｐ ｒ ｓ ｓ ｃ ｓ ｉ ｐ ｔｍｏ ｌ ， ｉ ｌ ｔ ｎ ｍｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｏ ｔ ｕ ｄ ｕｌ ． ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｆ ｒｔ ｅ ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ Ｃ ｅ ｉ ｐ ｔ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｒ ｕ ｅ ａ ｔ ， ｕ ｈ ａ ｎ ｕ ｄｕ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｄ ｌ ｎ ｕ ｐ ｔｍｏ ｅ Ｔ ａ ａ ｔｒ ｏ ｉ ｌｔｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｂ ｎ ｕ ｎ ｅ ｉ ｎ ｌ ｔ ｏ ｇｈ ｔ ｏ ｈ ｈ ｎ ｃ ｙｈ ｈ ｉ ｐ ｔｍｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｃ ｎ ｂ ｘ ｃ ｔ ｄ ｂ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｍｏ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓｍｕｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ａ ｕ ｐ ｔｖ ｓ ａ ｌ ｙ ｔ ｅ ｎ ｕ ｄ ｌ ，ｔ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｉ ｌ ｔｏ ａ ｅ ｅ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｄ ｌ ，ａ ｈ ｉ ｅ ｏ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｃ ｎ ｂ ｏ ｔ ｕ ｉｕ ｌ ｂ ｓ ｅ ｙ ｈ
通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热
通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热摘要这篇文章给出了一些仿效翅片管换热器设计的实验信息。
在这个实验中，利用风洞检测了三种不同的翅片（薄板翅片，波纹翅片，混合翅片）。
本文讨论了热交换系数、空气侧的压降，柯尔本系数（j）和相对于风速（1—3 m/s）、雷诺数（600-2000）的风管摩擦系数（f）。
为了能阐明流体流动的现象，实现了流动的可视化，以此观察流体复杂的流动特征。
实验结果显示：波纹翅片相对于薄板翅片来说，压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约10.9-31.9%，11.8-24.0%，2.2-27.5%和0.5-2.7%。
另外，混合翅片相对于薄板翅片的实验结果显示：压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约33.5-63.1%，27.0-45.5%，6.9-71.1%和9.4-13.2%。
总之，这个实验结果强烈地支持热交换器采用混合翅片结构。
关键字传热系数，压降，测量，流动显示，换热器，波纹翅片，薄板翅片，混合翅片1.引言合理利用翅片对于提高圆管和薄板翅片换热器的性能是一个非常有效的方法，这种方法被广泛的应用在空调，制冷和工业处理过程的多种设备中。
我们已经知道在小型换热器中的空气流动是非常复杂的，这是翅片和空气流之间的复杂的作用造成的。
传统的翅片管换热器，空气的阻力占据了总的热阻力的90%。
所以，增加表面积经常能有效的提高翅片管换热器的整体性能。
在文献[1]中，薄板翅片管换热器的可用的实验信息已经被提出，评价和对照。
许多关于小型换热器的实验研究已经完成，利用紧凑型换热器加强建立在大范围空气流速上的换热性能和压降的协调性。
关于换热器的最新研究重点在于开发新的不规则表面，因此，翅片型的新的设计标准已经被提出[2-5]。
在文献[3]中Dong et al.用实验的方法研究了翅片间距，高度和长度对波纹翅片和薄板翅片管换热器的热交换性能和压降的影响。
在文献[6]中Metwally and Manglik研究了二维周期性发展的层流和换热，实验在不同波纹比率的正弦型波纹管中进行的。
微型节流制冷器用翅片管换热器的数值模拟研究
微型节流制冷器用翅片管换热器的数值模拟研究肖日仕，陈晓屏（昆明物理研究所，昆明650223）摘要：微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑而被广泛的应用在红外探测器、超导量子干涉器件、热像仪等器件的冷却。
微型节流制冷器性能的好坏则取决于翅片管换热器内的流动特性与传热特性。
通过数值模拟对翅片管换热器的热力学性能进行研究，数值模拟结果很好的揭示了翅片管换热器内的热力学特性。
在此基础上，对微型节流制冷器进行了优化分析，结果表明了质量流量和换热器长度对换热器效率及制冷器理论制冷量的影响。
关键词：微型节流制冷器；翅片管换热器；数值模型；效能-传热单元数法中图分类号：TB65文献标志码：A文章编号：1006-7086（2018）01-0041-07DOI ：10.3969/j.issn.1006-7086.2018.01.008A NUMERICAL STUDY OF THE PERFORMANCE OF A FINNED-TUBE HEATEXCHANGER FOR A MINIATURE JOULE-THOMSON CRYOCOOLERXIAO Ri-shi ，CHEN Xiao-ping（Kunming Institute of Physics ，Kunming650223，China ）Abstract ：Miniature Joule-Thomson cryocoolers have been widely used for rapid cooling of infrared detectors ，cryo-surgery probes ，thermal cameras ，and missile guidance homing systems ，due to their special features of simple configura-tion ，compact structure and rapid cooldown characteristics.The thermodynamic performance of the J-T refrigerator depends upon the hydraulic and heat transfer characteristics of the recuperative heat exchanger.database is used to account for the real gas effects.The thermodynamic characteristics of the finned-tube Heat Exchanger are well revealed ，based on this ，the optimization analysis of miniature J-T cryocooler is carried out.The influences of mass flow rate and the length of heat exchanger on the effectiveness of heat exchanger and the ideal cooling capacity are discussed in details.Key words ：Miniature Joule-Thomson cryocooler ；finned-tube heat exchanger ；numerical model ；effectiveness-NTUapproach0引言微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑被广泛的应用在红外探测器、超导量子干涉器件、热像仪等器件的冷却中[1-2]，一个典型的微型节流制冷器由翅片管换热器、节流阀、蒸发器以及起支撑作用的芯轴等部件组成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低温与超导第39卷 第3期制冷技术R efrigeration Cryo .&Supercond .V o.l 39 N o .3收稿日期:2010-11-28基金项目:国家自然科学基金资助项目(50876059)。
作者简介:白伟(1986-),男,硕士生,主要从事系统模型仿真的研究。
基于模型的制冷翅片管换热器数字化设计技术白伟,谷波,李闯,邱峰(上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240)摘要:文中对翅片管换热器水侧和空气侧传热和流动过程进行深入研究,并开发了换热器辅助设计系统,建立了湿空气物性快速计算模型。
并在此基础上,采用集总参数模型设计合理的算法,进行翅片管换热器设计计算。
根据计算所得排数和其他结构参数,调用基于O bject ARX 的A utoCAD 二次开发程序绘制换热器二维工程图。
关键词:翅片管换热器;模型;A utoCAD 二次开发A digital designing for fin and tube exc hanger based on lu m ped m odelsBa iW e,i G u Bo ,L iChuang ,Q i u F eng(Institute of R e frigerati on and Cryog en i c Eng i neeri ng ,Shangha i Ji aotong U n i versity ,Shangha i 200240,Ch i na)Abstrac t :T he heat-transfer and flo w process o f fi n and tube exchang er w ere researched to develop a des i gni ng syste m o f heat exchange r .A fast ca lculation mode l of m o i st-a ir was estab lished ,us i ng l u m ped model for fi n and tube ex changer desi g n i ng,to ca l culate t he row nu mber of exchanger .T he fast for m ation of 2D eng i neer i ng dra w i ng w as realized by secondary develop m ent o f A utoCAD based on O bject ARX.K eyword s :F i n and tube exchanger ,M odels ,Secondary deve l op m ent o f A utoCAD1 引言翅片管换热器作为制冷空调行业使用率最高的换热装置,广泛应用在中央空调、商用空调以及冷链等各个制冷设备的生产中。
空调箱中基本采用翅片管换热器作为换热设备,外部为被处理的空气,内部走冷冻水。
本文采用集总参数模型开发翅片管换热器的数字化设计平台,并提出用AUTOCAD 二次开发来自动绘制工程图,提高设计效率,节省开发时间,对改进换热器的性能具有重要的意义。
2 湿空气物性模型湿空气物性快速计算是换热器数字化设计的基础,在整个平台开发过程中,计算速度是考虑模型设计的因素之一。
同时,在平台底层计算中,物性计算的精确性将大大影响设计计算迭代的精度。
因此,选取稳定性好、精度高的饱和水蒸气压力的计算公式非常重要。
本文中采用1939年Gerry 方程[1]计算给定温度下水蒸气饱和压力。
根据Gerry 方程,饱和水蒸气压力可表示为温度的单一函数关系,即l g H s =f (T )。
当t <0.01 时,采用冰面方程计算如下:l g H s =-6.757169-2445.5646T +8.2312lg T -0.01677006T +1.20514 10-5T 2(1)当t 0.01 时,采用水面方程计算如下:l g H s =31.465564-3142.305T-8.21gT +0.0024804T (2)进而由式(3)求得p s :p s =101325760H s (3)T 为开氏温度,p s 、H s 的单位为分别为Pa 、mmH g 。
3 翅片管换热器设计计算模型在空调箱翅片管换热器设计计算中,已知循环风量与出水温度,求取换热器的结构参数。
由于空气侧和水侧的物性参数变化不大,为了保证快速计算且基本准确的设计出结构参数,可以采用集总参数模型。
已知条件是:循环风量G,进风参数t 1、t s 1( 1),进水温度t w 1,出水温度t w 2,制冷量Q 。
设计计算结果是:翅片管换热器结构参数,出风参数t 2、t s 2( 2)。
程序的输入界面如图1所示。
图1 换热器设计计算(软件界面)F ig .1 The i nte rface o f heat ex changer design i ng so ft w are3.1 模型的算法及迭代求解设计的算法为:首先假设外壁面温度,通过基础模型中的水侧能量守恒方程,壁面导热方程以及水侧传热方程,得到换热器结构参数中的管排数,并以此求得另一个外壁面温度,将这两个温度进行比对,并对假设的外壁面温度进行合理的修正完成迭代过程[2]。
空气侧能量方程:Q = 1V a (h 1-h 2)(4)水侧能量方程:Q =WC wm (t w 2-t w 1)(5)计算基本参数H 1、h 2、W 、 i :由空气进口干球温度t 1和湿球温度t s 1求焓h 1、密度 1,由式(4)求得h 2;根据进出口水的平均温度求平均比热容C wm ,由式(5)求水的流量W,进而求出水的流速 ,再用(6)求出水测换热系数[3]i 。
Nu =(f /8)(R e w -1000)P r w1+12.7(f /8)0.5(P r 2/3w -1)(6)假设外壁温t w a llou t 1,利用水侧能量方程(5)计算得到换热量Q,同时由导热方程(7)计算出管内壁温t w a llin 。
Q =2 t L t1n (d o /d i )(t w allou t -t w a llin )(7)计算换热器结构参数,排数n p ,通过水侧传热方程(8),得到n p ;同时,计算出空气侧 0, , s 。
Q = i L t f i (t w a llin -t w 1+t w 22)(8)计算壁温t w a llou t 2,求另一个壁温t w a llou t 2可以由空气侧传热方程(9),为迭代比较的另一个值。
Q = s o L t f t (t 1+t 22-t w a llou t )(9)图2 设计计算(已知循环风量和出水温度)计算流程图F i g .2 T he fl ow chart o f design i ng判断2t w a llou t 1-t w a llou t 2t w a llou t 1+t w a llou t 2< ( 可取10-5)[4],若成立,则进行下一步计算;否则,重新调整t w a llou t 1进行计算;求出风参数、空气流过叉排管簇时得阻力[5]H tot 、水侧阻力[6]p w 。
p ad =1.2 9.81 A (L d eq)( w max )1.7(10) p w =0.02409651.49849d i(11)设计性计算(已知循环风量和出水温度)的计算程序流程图如图2所示。
3.2 算法稳定性及收敛性分析在对模型算法的研究过程中,发现换热管外壁温初值的选取正确与否对计算的稳定性及收敛性有着直接影响。
由式(8)可知,t w a llin >(t w 1+t w 2)/2,又由式(7)可知,t w allou t >t w a llin ;又因为外壁温小于进风露点温度,即t w allou t <t d 1。
因此,初步将t w a llout 1的下限定为(t w 1+t w 2)/2,即t w a llou t 1_1=(t w 1+t w 2)/2;上限定为t d 1,即t w a llou t 1_2=t d 1。
t w allou t 1的初值取为上下限的平均值,即t w allout 1=(t w allout 1_1+t w allou t 1_2)/2。
研究发现,按照这种对外壁温初值的取法,在某些给定参数的条件下,计算排数n p 过程中计算出的空气干球温度t 2小于假设的外壁温t w a llou t 1,而湿工况下表冷器对空气的处理过程告诉我们,这是不合逻辑的,并且导致后面的计算发生致命的错误[7]。
进一步的研究发现,随着t w allout 1取值的逐渐增大,算排数n p 过程中计算出的空气干球温度t 2是单调减小的。
此时,出风干球温度要比外壁温高,可以取极限状况t w allou t 1=t 2反求对应的外壁温,并将该值外壁温作为t w allou t 1的上限。
下面是确定外壁温上限的子程序,计算流程图如图3所示。
4 翅片管换热器的二维工程图自动生成技术4.1 ARX 应用程序接口函数Ob ject A RX 是Auto D esk 公司针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包,它提供了以C ++为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口,能真正快速的访问AutoC AD 图形数据库。
ARX 应用程序是一个动态连接库,因此,ARX 程序与AutoCAD 在同一地址空间运行,能够直接利用AutoC AD 的内核代码,直接访问Auto CAD 的数据库,图形系统及集合造型核心,在运行其间实行扩展AutoC AD 具有的类及其功能,建立与AutoCAD 本身的固有命令操作方式相同的新命令[8]。
在接口函数部分中的acrxEntr yPoint()函数是Au to CAD 与Ob ject A RX 应用程序通讯的入口点,同时,Ob ject A RX 内核通过它向应用程序传递消息和向AutoC AD 返回应用程序的状态码[9]A c rxEntryPo int()函数就相当于普通C ++程序中的m a i n ()函数,对由用户通过Object A RX 或ace dRegFunc()函数定义一个新命令,AutoC AD 会立即执行与该命令有关的函数。
4.2 二维工程图的实现方法翅片管换热器二维工程图的绘制思路为:根图3 设计计算(已知循环风量和出水温度)的外壁温上限迭代子程序计算流程图F i g.3 T he fl ow chart o f ou tsi de-wa ll te mperature under the desi gn process据换热器设计计算确定换热器的基本结构参数,计算换热器界面尺寸和换热管中心坐标,画出翅片上的管孔。