制冷設備中的主要工作過程之一是對流傳熱，流體的傳熱特性對設備的效率有重要影響；但制冷設備中的傳熱介質，如制冷劑、水及空氣等，針對不同的場合，均可能成為傳熱過程的主要熱阻環節。因此，對于由多個換熱器組成的系統而言，還需考慮各個換熱器之間的匹配與優化對整個系統效率的影響。  

傳熱強化技術的研究

 1、適合于強化空調傳熱的縱向渦發生器 

布置渦發生器的翅片表面

在試驗段放置的情況

 

不同攻角下的縱向渦傳熱特性

 

設置于圓管附近的縱向渦發生器能顯著減小圓管的回流區，既減小壓降，又強化了傳熱

 

新設計的采用環狀布置的渦發生器的換熱面

 

2、 強化沸騰傳熱的降膜蒸發 

 

1）基本情況介紹：蒸發器是中央空調和熱泵系統的重要組成部分。目前大多數蒸發器采用滿液式蒸發形式，制冷劑充灌量大，液體靜壓影響大；回油性能差，蒸氣帶液現象嚴重。降膜蒸發可克服這些缺點。

降膜蒸發：制冷劑經布液器分配到換熱管表面，然后在重力作用下沿換熱管壁面流下并吸熱蒸發的過程。

優點：制冷劑充灌量小；傳熱系數大；無靜壓影響；回油性能好；低溫差情況下傳熱性能優良。

2）單管的初步試驗研究結果 

        測試了不同的管徑（16.0 mm 、19.05 mm、25.35 mm，飽和溫度6.0℃）、不同的飽和溫度（6.0℃、10.0℃、16.0℃，管徑19.05mm）、不同的工質（R410A、R32）和不同強化管。

3) 管束的試驗研究結果 

1、列間液膜分配的均勻性；

2、管列間形成液橋的影響；

R134a、R123隨著液膜流量的減小，傳熱系數變化呈現兩個階段

 

隨液膜流量的減小，傳熱系數變化呈現兩個階段。

4）提出了較理想的配液器

 

5）對試驗關聯式整理的考慮

要按照液膜流量（Re）區分兩個階段：完全濕潤與部分蒸干

要確定兩個階段轉變的臨界Re

要區別單管與管束

要區別光滑管與強化管

要考慮單項對流及沸騰的影響

要考慮粘性力，表面張力及重力的影響

 

基于實驗數據建立了臨界液膜雷諾數預測公式

R134a單管部分蒸干公式：Nu=4.64*10^-3Re^1.51 Bo^0.43  Pr^0.15 We^-0.45

R134a單管完全潤濕公式：Nu=3.58*10^-9Re^2.89  Bo^0.37 Pr^0.2We^-1.13

 

3、內螺紋管的傳熱計算關聯式

 

        內螺紋管是強化管內強制對流傳熱的重要方式之一，在制冷的雙側強化管中廣為應用；目前文獻中內螺紋強化管管內對流傳熱系數的計算公式均基于內螺紋管的微觀尺寸，使用不便，因此發展一個不需要微觀尺寸管內強制對流傳熱的公式具有工程應用意義。

 

1） 現有關聯式的不足

        1996年，Ravigururajan和Bergles基于內螺紋管的顯微鏡剖面參數，如齒高，螺旋角和肋間距等參數，給出了內螺紋管管內流動傳熱系數和阻力系數的計算關聯式：

 

2） 對文獻中現有實驗數據的分析

通過文獻中的實驗結果分析和比擬理論，我們提出以下設想：

不同強化技術的性能比較

1、三種約束條件下統一的性能比較圖 

        通過分析現有的各種評價方法和傳熱學流體力學的基本原理，經過嚴格的推導分析，提出了以節能為主要評價目標的一種統一的評價方法。

        該評價體系的指標表示在一張雙對數直角坐標圖上，能清晰地表示出所開發的技術與原有傳熱設備相比的優越性，能方便地比較不同強化技術之間的差異，對選擇和開發強化技術具有一定的指導意義。

 

性能比較圖

區域1：強化傳熱而不節能；

區域2：在等泵功條件下節能；

區域3：在等壓降條件下節能；

區域4：在等流量下傳熱強化大于壓降增加倍率

 

2、統一性能比較圖的應用

 

1）環形渦發生器群

2）管內強化技術

相對D-B公式傳熱的強化倍率為：

內螺紋管：2-4

內插紐帶：1.5-6

波紋管：1.5-4

酒窩管：1.5-4

 

相對于Blasius公式阻力系數的增加

內螺紋管：1-4

內插紐帶：2-13

波紋管：2-6

酒窩管：3-5

 

 在四大類的管內流通強化手段中以內螺紋管的綜合性能最優。

 

換熱器系統性能優化研究

一個全新的熱力系統的狀態參數——火積 

為什么要用一塊較厚的板？

為什么要用一塊鐵板？

為什么需要較高的溫度？

這三個因素都是為了使得有足夠的能量處于較高的溫度！

 

這個新的物理量稱為火積，它由兩部分組成：一部分是物體的內能，其值是守恒的；

另一部分是這個內能所處的溫度，這部分是不守恒的，可以升高也可以降低。

火積代表了物體向環境傳遞熱能的能力！

 

        熵和火積都是過程參數，都可以表示過程的不可逆程度，不可逆過程熵增大，而火積減少（火積耗散）：

Entransy=?［（ρC_VT）·V］·T

        在熱量傳遞過程中，所傳遞的熱量是守恒的，但是物體的火積則發生變化，得到熱量的物體火積增加，而釋放熱量的物體火積減少：由于熱量總是從高溫物體到低溫物體，因此火積的總量是減少的，這就是火積的耗散！

 

        要使傳遞過程優化，基于單位傳熱量的總的火積耗散必須最小，這就是火積耗散極值原理。利用火積的概念及相關的原理可以對熱能傳遞過程的效率、損耗及優化等問題做全面的分析，是能量利用過程分析的前沿。

來源： 制冷空調換熱器技術聯盟