微通道換熱器空氣側(cè)換熱性能影響實(shí)驗(yàn)研究

陳 華 張 敏 李玉婷 張志強(qiáng)

(天津商業(yè)大學(xué)，天津 300134)

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·水·暖·電·

微通道換熱器空氣側(cè)換熱性能影響實(shí)驗(yàn)研究

陳 華 張 敏 李玉婷 張志強(qiáng)

(天津商業(yè)大學(xué)，天津 300134)

針對微通道蒸發(fā)器的換熱性能，在結(jié)露條件下，分析了冷凍水進(jìn)口溫度、空氣進(jìn)口溫度、空氣流速大小等參數(shù)對空氣出口溫度、換熱器換熱系數(shù)、空氣側(cè)壓降等實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度,研究發(fā)現(xiàn)：提高冷凍水進(jìn)口溫度，空氣側(cè)換熱系數(shù)和壓降有不同程度降低，而空氣出口溫度有所升高。

微通道換熱器，結(jié)露，空氣流速，冷凍水溫度

0 引言

微通道換熱器是基于微尺度效應(yīng)[2]而興起的一種高效換熱器,具備成本低,輕質(zhì)緊湊的優(yōu)勢。目前，微通道換熱器較多應(yīng)用于單冷型空調(diào)機(jī)組，即用作冷凝器使用的情況較多。當(dāng)作為空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器使用時，多處于結(jié)露工況，冷凝水極易聚積在換熱器表面，從而影響換熱效果，換熱效率明顯降低，不能發(fā)揮原有的優(yōu)勢。

孫少鵬等[3]針對微通道換熱器凝水排除的問題進(jìn)行了研究，文章討論了換熱器外表面材料處理和制冷劑流量分配等因素對凝水排除效果的影響，得出的結(jié)論是：選用親水性涂層于換熱器表面，有利于形成膜狀凝結(jié)，有利于凝結(jié)水有效排除，同時還增加了換熱器的防腐性。梁媛媛等[4]測試了結(jié)霜工況下平行流換熱器的換熱性能，霜層厚度增加，換熱器換熱面積、換熱效率均降低。認(rèn)為導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)降低的主要原因是霜對百葉窗間隙的堵塞，如果采用平直翅片代替百葉窗翅片效果可能好一些。國內(nèi)外學(xué)者們圍繞換熱效率展開實(shí)驗(yàn)研究或模擬研究后，大多從微通道換熱器本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方面給出優(yōu)化建議。

本文針對微通道蒸發(fā)器的換熱性能，搭建了測試實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)測試在結(jié)露條件下，探究冷凍水進(jìn)口溫度、空氣進(jìn)口溫度、空氣流速大小等參數(shù)對空氣出口溫度、換熱器換熱系數(shù)、空氣側(cè)壓降等參數(shù)性能的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)臺介紹

微通道表冷器性能測試實(shí)驗(yàn)臺在焓差室中搭建,主要組成部分有微通道換熱器；移動冷源，渦輪流量計(jì)；風(fēng)管，風(fēng)機(jī)；溫濕度傳感器，微壓差傳感器，風(fēng)速儀等，通過控制柜調(diào)節(jié)換熱器進(jìn)口的空氣溫濕度。通過風(fēng)機(jī)調(diào)頻來控制進(jìn)口空氣流速。風(fēng)管連接位于室外側(cè)的風(fēng)機(jī)，向室內(nèi)側(cè)微通道換熱器送風(fēng)，微通道換熱器內(nèi)媒介為冷凍水，冷卻一定狀態(tài)的空氣，從而模擬空調(diào)工況下蒸發(fā)器的換熱過程。微通道換熱器性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

本文中，微通道蒸發(fā)器換熱性能的結(jié)果分析是基于結(jié)露條件下，實(shí)驗(yàn)接近穩(wěn)態(tài)時的數(shù)據(jù)處理。主要分析了冷凍水進(jìn)口溫度、空氣進(jìn)口溫度、空氣流速大小等參數(shù)對空氣出口溫度、換熱器換熱系數(shù)、空氣側(cè)壓降等實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。

2.1 冷凍水進(jìn)口溫度對實(shí)驗(yàn)性能的影響

在空氣進(jìn)口溫度為35 ℃，相對濕度為50%，空氣流速為1.5 m/s的實(shí)驗(yàn)條件下，空氣的出口溫度和空氣側(cè)的壓降隨著冷凍水進(jìn)口溫度的變化特點(diǎn)如圖2所示，空氣側(cè)的換熱系數(shù)隨冷凍水進(jìn)出口溫度的變化特點(diǎn)如圖3所示。當(dāng)冷凍水進(jìn)口溫度升高時，空氣側(cè)換熱系數(shù)和壓降逐漸降低，空氣出口溫度逐漸升高。冷凍水進(jìn)口溫度提高，換熱器表面平均溫度也升高，由此減弱換熱器結(jié)露狀況，凝水量相對減少，空氣流動阻力減小，故空氣側(cè)壓降明顯降低。冷凍水溫度升高，使得換熱器平均換熱溫差降低，同時相變換熱減弱，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)有所降低。該實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，冷凍水進(jìn)口溫度每提高1 ℃，空氣的出口溫度增加幅度大約為4.6%，空氣側(cè)的壓降以及換熱系數(shù)下降幅度分別約為8.3%,7.6%。

2.2 進(jìn)口空氣相對濕度對實(shí)驗(yàn)性能的影響

在進(jìn)口空氣溫度30 ℃，空氣流速為1.5 m/s，冷凍水進(jìn)口溫度為7 ℃的實(shí)驗(yàn)條件下，空氣的出口溫度以及空氣側(cè)的換熱系數(shù)隨進(jìn)口空氣相對濕度的變化特點(diǎn)如圖4所示，空氣側(cè)換熱系數(shù)的變化特點(diǎn)如圖5所示。當(dāng)進(jìn)口空氣的相對濕度增加時，空氣的出口溫度以及空氣側(cè)的壓降和換熱系數(shù)都有一定程度的增大。干球溫度一定，相對濕度增加，露點(diǎn)溫度降低，越易結(jié)露，結(jié)露程度增強(qiáng)，凝結(jié)換熱效果增強(qiáng)，故換熱系數(shù)提高。換熱器表面上的凝水量增加，減少了空氣的流通面積，流通阻力增加，故空氣側(cè)壓降隨之增加。該實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，相對濕度每提高10%，空氣出口溫度增幅約7.7%，空氣側(cè)壓降增幅約9.7%，換熱系數(shù)增幅約10.9%。

2.3 進(jìn)口空氣流速大小對實(shí)驗(yàn)性能的影響

圖6表示空氣出口溫度和壓降在迎面風(fēng)速變化情況下的變化特點(diǎn)，如圖7所示則是空氣側(cè)換熱系數(shù)的變化特點(diǎn)。如圖6所示，當(dāng)迎面風(fēng)速增大的時候，空氣出口溫度隨之增大。當(dāng)迎風(fēng)面積保持不變時，隨著迎面風(fēng)速的增大，空氣質(zhì)量流量也隨之增大，這導(dǎo)致部分的風(fēng)量沒有充分的進(jìn)行換熱就通過了微通道換熱器，因此空氣出口溫度升高。當(dāng)迎面風(fēng)速增大時，空氣的流動阻力也增大，阻力增大造成空氣側(cè)的壓降也變大，并且結(jié)露也更加劇烈，產(chǎn)生冷凝水的速度也增加，使得微通道換熱器表面殘留更多的水，近一步的致使壓降增大。流速增加，強(qiáng)化對流換熱，同時吹落部分聚積在換熱器表面的凝水，降低換熱熱阻，從而提高了換熱系數(shù)。該實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，迎面風(fēng)速平均每提高0.25 m/s，空氣出口溫度增幅約為3.9%，空氣側(cè)壓降增幅約為17.5%。換熱系數(shù)增幅約為12.1%。

3 結(jié)語

通過展開不同實(shí)驗(yàn)條件下，冷凍水(冷媒)溫度，進(jìn)口空氣溫度和進(jìn)口空氣流速等主要參數(shù)對微通道蒸發(fā)器換熱性能影響的結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

1)提高冷凍水進(jìn)口溫度，空氣側(cè)換熱系數(shù)和壓降有不同程度降低，空氣出口溫度有所升高。其中對壓降較為明顯，冷凍水進(jìn)口溫度每提高1 ℃，壓降降幅分別約為8.3%。

2)提高進(jìn)口空氣相對濕度，微通道蒸發(fā)器空氣側(cè)壓降，空氣出口溫度和換熱系數(shù)均不同程度的增加。其中對換熱系數(shù)影響最大，相對濕度每提高10%，換熱系數(shù)增幅約為10.9%。

3)當(dāng)進(jìn)口空氣流速增加時，空氣的出口溫度，空氣側(cè)的壓降以及換熱系數(shù)都有一定程度的增加，其中對壓降影響最大，迎面風(fēng)速平均每提高0.25 m/s，空氣側(cè)壓降增幅約為17.5%。

4)影響空氣側(cè)壓降的主要因素是空氣流速大小，進(jìn)口空氣相對濕度對換熱系數(shù)影響程度較大。

[1] Junye Shi,Xiaohua Qu,Zhaogang Qi. Investigating performance of microchannel evaporators with different manifold structures[J].International Journal of Refrigeration，2011，34(1):292-302.

[2] 過增元.國際傳熱研究前沿——微細(xì)尺度傳熱[J].力學(xué)進(jìn)展,2000(1):1-6.

[3] 孫少鵬,石 泳,廖 強(qiáng),等.平行流蒸發(fā)器冷凝水排除問題研究[J].制冷與空調(diào),2008(6):97-100.

[4] 梁媛媛,徐 博,陳江平.結(jié)霜工況下平行流換熱器的換熱性能[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013(4):674-678.

Experimental study on air side heat transfer performance of microchannel heat exchanger

Chen Hua Zhang Min Li Yuting Zhang Zhiqiang

(TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300134,China)

Based on the heat transfer performance of microchannel evaporator, the parameters such as chilled water inlet temperature, air inlet temperature and air flow velocity are analyzed, such as air outlet temperature, heat exchanger heat transfer coefficient, air pressure drop, etc. the degree of influence of the experimental results. Through the study found that: to improve the chilled water inlet temperature, air side heat transfer coefficient and pressure drop to varying degrees, while the air outlet temperature has increased.

microchannel heat exchanger, condensation, air velocity, chilled temperature

1009-6825(2017)18-0100-02

2017-04-05

陳 華(1972- )，女，博士，教授

TK172

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