高温CO2冷风机的数值计算.pdf

2015年第43卷第5期
流体机械
文章编号:1005-0329(2015)05-0083-04
高温CO2冷风机的数值计算
申江,黄冰
(天津商业大学天津市制冷技术重点实验室,天津300134)
摘要:用分布参数法建立数学模型,对CO2冷风机在高温工况下进行仿真模拟计算。分析计算了管内制冷剂侧的传
热特性,以及管间距与翅片间距对换热系数和压降的影响。结果表明,由于随着干度的增加,管内CO2流型不断发生变
化,管内侧换热系数和压降也随之变化。在设计冷风机时,应综合考虑翅片间距与管间距对冷风机总换热系数及空气侧
压降的影响。
关键词:分布参数模型;冷风机;仿真计算
中图分类号:TH137;TB65
文献标志码
doi:10.3969/j.isn.1005-0329.2015.05.018
Numerical Calculation of CO, Air Cooler under High Temperature Conditions
SHEN Jiang, HUANG Bing
( T anjin Key Iaboratory of Refrigeration Technology, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China
Abstract The numerical simulation of air cooler under high emperature condition is camied with the mathematical model
constructed using distribute parameter method. The heat transfer characteristic of the refrigerant-side inside the tube is analyzed
along with the influence on heat transfer parameters and pressure drop with the change of the tube spacing and fin spacing. The re-
sults indicates that, with the increase of the dryness, the flow pattern of the CO2 inside the tube keeps changing, along with the
heat transfer parameter inside the tube and the pressure drop. The influence of fin spacing and tube spacing on the total heat trans
fer parameter and air-side's pr-essure drop should e taken into consideration while designing the onstruction of the air cooler.
ords: distributed parameter model; air cooler; simulation calculation
1前育
(2)管壁径向热阻忽略不计
(3)对于沿管长的每个微元,制冷机侧、空气
冷风机又称空气冷却器,是冷库中重要的制、管壁的物性视为一致;
冷设备,其性能对于整个冷库系统的能耗具有
(4)翅片沿换热器长度方向上分布均匀。
重要的影响。CO2作为天然工质,ODP为0,2.1微元的划分
CWP仅为1,既不可燃也不助燃,是一种环境友
为了详细研究冷风机的传热特性,使其结果
好型工质。而目前国内外对CO2冷风机的更接近实际,同时能更好地进行优化设计,将蒸发
研究甚少,鉴于此,对CO2冷风机的设计研究很器每排沿着制冷剂的流动方向划分成N个微元,
有必要
微元划分得越多,计算精度越高。每一个微元上
制冷剂和空气处于逆流换热状态,每段徴元上
2数学模型的建立
排的出口状态作为下一排的人口状态,如图1所
示。并在建立的仿真模型中,设计了能够判断管
对CO2空气冷却器建立稳态分布参数模型,内制冷剂流型的仿真模块,使其选择合适的公式
并对数学模型做出如下假设
计算制冷剂侧换热系数。每个微元内,采用集中
(1)稳态运行;
参数法建立模型。
收稿日期:2014-10-16
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FLUID MACHINERY
Vol.43,No.5,2015
空气出口
AP。一单元控制容积内制冷剂的加速
压降
制冷剂
制冷剂
当制冷剂为两相时:
进口
出口
AP;=4
式中G,一制冷剂质量流速
空气进口
p1一微元液相密度
f一摩擦因子
图1微元的划分
=0.0791Re03
2.2徽元传热计算
每一个微元上制冷剂和空气处于逆流换热状
?=1.376、7.242M2
态,每段微元上一排的出口状态作为下一排的入
加速度压降:
口状态。
1)制冷剂侧换热方程
AP
K.(1-X)
dcc
ap
Q, =m, (ha
式中空泡率
(2)空气侧换热方程
一微元气相密度
2.5空气侧传热计算
(3)空气侧与制冷剂侧换热量关系
空气侧的传热计算根据空气工况的不同可以
在蒸发器实际工作条件下,制冷剂不仅吸收分为干工况,湿(析水)工况和结霜工况3种情
流过空气的热量,而且会吸收一些通过管壁等设况,本文只研究千工况和湿工况2种情况。当总
备传进来的热量,因此制冷剂侧和空气侧的换热的换热量大于显热换热量是,空气侧为湿工况,否
量是不等的,根据大量试验数据,可认为两者有如则为干工况列。
下关系
空气侧干表面传热系数:
e。=y?
式中
系数,大小取决于具体情况,一般可
取y=0.9
含湿量
4)总换热系数计算公式
d=0.622
+0.09
式中φ-空气的相对湿度
A:0.85co
P,一湿空气饱和蒸汽压力
3制冷剂侧传热计算
Po一大气压力,Pa,Po=1,01325×10
在CO2的管内流动沸腾换热模型中,随着管
湿式冷却时,析湿系数:
径、质量流量等的不同,随着干度的增加流型也在
不断发生变化,主要流型有分层波状流、间歇流
环状流、雾状流等,管内局部流动换热系数的计算
翅片效率
公式也随之变化。主要计算公式见参考文献[6,
th(mh)
2.4制冷剂侧压降计算
式中m-翅片参数
管内侧压降P主要包括摩擦压降△P和加
mh“一一翅片折算合高度
速压降AP。
AP=△Py+AP。e
管内侧传热性能的研究
式中AP一单元控制容积内制冷剂的总压降,
根据不同模拟工况下进行的仿真结果,对蒸
△P一单元控制容积内制冷剂的摩擦压发器管内CO2两相区的传热性能进行分析可知,
降,其为主要压降,P
随着制冷剂流量的变化,管内侧换热系数随干度