空冷分液冷凝器的管程優(yōu)化設(shè)計(jì)及熱力性能評(píng)價(jià).pdf

1、強(qiáng)化管內(nèi)冷凝傳熱的技術(shù)很多，工業(yè)上通常采用強(qiáng)化管來(lái)提高冷凝傳熱系數(shù)。然而，強(qiáng)化管在提高管內(nèi)傳熱系數(shù)的同時(shí)，也造成了流動(dòng)阻力的增大，從而導(dǎo)致能耗增大。空冷汽液分離式冷凝器簡(jiǎn)稱分液冷凝器，是一種新型冷凝器，它采用平行流多管程布置方式，換熱管兩端設(shè)置具有分程功能的“隔板-聯(lián)箱”，其隔板上開(kāi)設(shè)有小孔，汽液兩相工質(zhì)在聯(lián)箱內(nèi)進(jìn)行分離，部分液相工質(zhì)通過(guò)多孔隔板排出，從而提高了工質(zhì)進(jìn)入下一個(gè)流程的干度，達(dá)到強(qiáng)化傳熱、降低流阻的目的。
　　 本文

2、針對(duì)分液冷凝器分段冷凝、中間排液的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用3個(gè)經(jīng)典的管內(nèi)冷凝換熱模型(Yu and Koyama(1998)、A.Cavallini et al.(2009)和Koyama and Yonemoto(2006)換熱模型）和壓降模型(Choi and Kedzierski(2001)壓降模型），逐管程計(jì)算工質(zhì)的冷凝換熱系數(shù)與壓力降，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出“分液冷凝器管程結(jié)構(gòu)及熱力性能設(shè)計(jì)程序”。該程序能在已知工質(zhì)及其進(jìn)口條件下，計(jì)算不同分程策略

3、（管程數(shù)和各管程管子數(shù)）下不同管型結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同工況下分液冷凝器的管內(nèi)冷凝傳熱系數(shù)和壓力降。該計(jì)算程序可以用來(lái)考察流速與管內(nèi)平均干度對(duì)管內(nèi)工質(zhì)熱力性能的影響。
　　 應(yīng)用該設(shè)計(jì)程序，在總換熱面積一定的基礎(chǔ)上計(jì)算了14種不同管程結(jié)構(gòu)的分液冷凝器和蛇形管冷凝器的管內(nèi)冷凝換熱系數(shù)和壓降值，并用懲罰因子分析它們熱力性能的優(yōu)劣。計(jì)算結(jié)果表明，由于蛇形管冷凝器采用單流程，管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速較大，因此其管內(nèi)冷凝傳熱系數(shù)要比大部分分液冷凝器大，

4、但其壓降要比所有分液冷凝器都要大;而在13種管程結(jié)構(gòu)的分液冷凝器中壓降值最小的是管程結(jié)構(gòu)為5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器，在流量范圍為600～1200kg/(m2·s)內(nèi)其壓降值分別比壓降最大的分液冷凝器和蛇形管冷凝器小64.8％～72.3％和68.8％～78.7％。采用懲罰因子(PF)來(lái)評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)的冷凝器之間的熱力性能，在制冷劑質(zhì)量流速600kg/(m2·s)到1200kg/(m2·s)范圍內(nèi)，所有管程結(jié)構(gòu)的分液冷凝器的PF

5、值都比蛇形管冷凝器小，這說(shuō)明分液冷凝器的熱力性能要比蛇形管冷凝器好;而在13種管程結(jié)構(gòu)的分液冷凝器中，管程結(jié)構(gòu)為5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器PF值最小，熱力性能最好。
　　 為了驗(yàn)證該程序計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)最優(yōu)管程結(jié)構(gòu)5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在制冷劑R134a冷凝溫度為45℃和50℃，熱流密度分別為4.96kW/m2和6.72kW/m2，質(zhì)量流速為532.5kg/(m2·s)和644.6k

6、g/(m2·s)工況下，對(duì)換熱器的管內(nèi)換熱系數(shù)和管內(nèi)壓力降進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并將模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)換熱模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差都基本落在±30％以內(nèi)，尤其是Yu and Koyama(1998)和A.Cavallini et al.(2009)這兩個(gè)換熱模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合程度最好，全部都落在±30％以內(nèi);壓降模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差基本都落在±30％以內(nèi)，只有3個(gè)點(diǎn)在低壓降下比實(shí)驗(yàn)值稍小。由此