家用空调器中扁管冷凝器空气侧性能研究

摘 要: 利用计算机仿真技术，结合现有扁管冷凝器的研究经验，通过建立扁管冷凝器空气侧压力降和换热系数的换热模型并进行仿真计算。对冷凝器迎面风速、翅片片距、管距和气流流动方向深度等改变后对系统热力性能的影响程度作了分析研究, 为扁管式冷凝器的优化设计提供了辅助手段与理论参考。

关键词: 扁管冷凝器 压力降 空气侧换热系数

随着科学技术的进步和生活水平的提高，人们对空调的需求量越来越大。近几年来，我国空调的生产发展迅速，造成了各种品牌在质量、价格、服务上的剧烈竞争。但各方面的竞争归根到底都必须以技术的进步为基础。如何改进空调性能、降低成本和保持技术上的优势，这是本行业研究者致力研究的课题。

换热器是空调系统研究的前沿课题之一。它的换热效率，不仅直接影响制冷性能，而且对降低整个空调系统的体积和质量、节约原材料都有决定性意义。因此，要求开发出结构紧凑、质量轻的高效换热器是其发展的趋势，为此，开展了换热机理的研究，开发新材料，新工艺的研究，发展了许多强力高效的换热器。如平行流换热器，小管径换热器、变管径换热器和全热换热器。最近几年，扁管换热器引起生产空调厂家重视，但国内对它的理论研究很少。

本文在前人所做工作的基础上，对扁管冷凝器热力性能进行了理论和试验分析，得出了影响扁管式冷凝器热力性能的因素，并提出了优化扁管冷凝器热力性能的措施，为扁管冷凝器的优化设计提供了理论参考。

1. 数学模型

图1为扁管冷凝器翅片的结构示意图，表1为冷凝器尺寸和符号说明，表中尺寸是目前大多数空调厂家试验中采用到管径为7mm的扁管式冷凝器尺寸和圆管式冷凝器的尺寸。

1.1 空气侧压降7mm

目前，对于扁管理论研究很少，还没有总结出成熟的换热关联式。鉴于扁管结构在某种程度上与平行换热器相似，本文借鉴一些现有平行流换热器换热关联式，采用了文献[3]引用的Kim和Bullard根据实验数据拟合出空气侧的换热关联式，该文献指出在某种的工况下，该关联式和预测的数据吻合得比较好。

式中， 为空气平均导热系数；； 为普朗特数；为空气定压比热。

式中系数，；；；；；。

2. 模拟结果及分析

通过仿真模拟，获得扁管侧空气侧换热和流动性能参数的变化和分布情况。以下是模拟计算的结果以及结合换热器的结构特点进行的分析讨论。

目前，扁管式冷凝器是从圆管式冷凝器演变而来的，增加了空气侧换热系数，而空气侧压力降减少，起到了强化传热的作用。两种冷凝器采用了表1的尺寸。

2.1 空气侧性能随着风速的变化

改变风速m/s，表1其他参数没有改变，得到压力降的变化如下图2和换热系数的变化如图3。图2表明了扁管压力降比圆管式小，两种冷凝器压力降都随着风速的增加而增加，而图3表明了扁管换热系数比圆管换热系冷凝器换热系数比圆管式冷凝换热系数大。表明了扁管式冷凝器增加了换热系数大，换热效果更好，而空气侧压力降减少。两者都随着风速增加而增加，表明增加迎面风速，可以提高换热系数。

3. 结论

⑴ 扁管换热器的换热系数比圆管式换热系数大，而空气侧压力降减少，所以扁管式换热器能强化换热。

⑵ 扁管换热器随着风速从2~4m/s时，压力降和换热系数变化分别是从25~100pa和130~210 W/m2・K，提高风速，能显著地强化传热。

⑶ 扁管换热器随着片距1.2~1.6m，压力降减少从58~38pa，而换热系数减少从260~110 W/m2・K ，所以在允许的条件下，尽可能地采用小片距。

⑷ 扁管换热器随着管距从16~19m，压力降变化从61~28 W/m2・K ，换热系数从168~145 W/m2・K ，所以采用小管距，能提高换热系数，但是成本增加，采用经济管距成为必要。

⑸ 扁管换热器随着气流方向深度从19.6~23.6m ，压力变化是从42~50pa，换热系数从152~167W/m2・K，从数值可以看出，缩短流动方向深度，传热系数衰减较小，所以采用较短气流方向深度是可行的。

参考文献

[1] 舒朝晖、罗艳，陈焕新等. 家用空调器中平行流冷凝器翅片参数对空气侧传热流动性能的影响. 低温工程. 2008,1:61-64

[2] 张智，李荣，马超. 全铝冷凝器在家用空调上的应用研究. 北京：中国工程热物理学会,2003: 1181-1183

[3] 苏建民，王随林，李俊明. 微细通道蒸发器空气侧对流传热传质研究. 建筑节能, 2007,35(9).35:6 -8;

[4] 龚堰珏，张兴群，郑维智等. 汽车空调平行流式冷凝器热力性能计算机辅助分析. 北京工商大学学报(自然科学版). 2006,24(6):22-25

[5] 魏文建，丁国良，王凯建等. 含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热关联式. 上海交通大学学报. 2007,41(03):404-410

[6] 张智，程志明，李金波. 变管径冷凝器强化传热的实验研究. 北京：中国工程热物理学会，2003，1177-1180

[7] 苏铭阂，敬春. 风机功耗下不同构型全热换热器的性能比较. 工程热物理学报，2006；27 (6):10 38-1040

[8] 杨光,汤广发， 严继光. 全热换热器的应用与研究进展. 煤气与热力. 2006；26(12)：55-57

[9] 刘小芳,钟宇. 新型管翅式换热器的CFD 分析及实验验证. 安徽工业大学学报. 2007；24(4)：376-383