翅片管蒸发器空气侧长效传热与压降特性研究

论文摘要

采用翅片管换热器作为蒸发器是空调器的重要部件,研究者对于提高其性能已经做了大量研究,包括采用强化管提高制冷剂侧换热性能,采用强化翅片提高空气侧换热性能,以及改变管路连接方式等。但是,随着空调器使用时间的增加,蒸发器的效率会逐渐降低,其能耗也相应的提高。蒸发器的长期性能变化已经得到越来越多的重视,其长效传热和压降特性已经成为重要的研究课题。影响空气侧长效性的因素包括空调的翅片表面沉积的污垢、翅片表面生长的微生物、间歇运行和盐雾腐蚀等。其中,翅片表面沉积的污垢的影响已经得到广泛的研究;而间歇运行、翅片表面生长的微生物和盐雾腐蚀等因素对蒸发器的影响机理和定量分析的研究却很少。因此,这方面的研究具有很强的迫切性和必要性。本文的主要目的是对铝翅片铜管换热器和铜翅片铜管换热器在析湿工况下,分别考虑间歇运行、微生物生长和盐雾腐蚀等影响因素,测试蒸发器的空气侧传热和压降特性。取得了以下几方面的成果:1)开发了湿工况污垢翅片翅片效率求解模型。通过该模型计算可知:当翅片在部分湿工况时,无污垢翅片效率模型与有污垢翅片效率模型计算结果相差很小;但当翅片在全湿工况时,无污垢翅片效率模型的计算值明显小于有污垢翅片效率模型的计算值,且随着空气入口相对湿度的增大,两个模型计算的结果相差会增大。2)模拟实际空调蒸发器经过长期运行并经过间歇运行、翅片表面霉变和盐雾腐蚀等因素影响,设计能够快速实现上述三种因素对蒸发器影响的方法。该方法可使翅片管换热器每次间歇运行实验（包括高低温循环和干湿循环）的时间控制在约4分钟,可通过人工加速微生物生长方法,使翅片管换热器翅片表面较快地生长微生物,以及可通过人工加速盐雾腐蚀方法,使翅片管换热器在实验室中较快地腐蚀。3)对1个铝翅片铜管换热器和1个铜翅片铜管换热器进行间歇运行实验,每300次间歇运行后进行空气侧传热和压降特性测试实验,根据实验数据分析间歇运行对翅片管蒸发器空气侧长效传热和压降特性的影响,并开发了析湿工况下反应翅片材料和间歇运行次数的传热和压降特性关联式。开发的传热关联式的平均误差为3.1%,压降关联式的平均误差为1.6%。4)对3个铝翅片铜管换热器和3个铜翅片铜管换热器进行微生物加速生长,对经过翅片表面生长微生物的换热器进行性能测试,并与未翅片表面未生长微生物的换热器进行对比,根据实验数据分析微生物污垢对翅片管蒸发器的空气侧传热和压降特性的影响。研究发现少量的微生物污垢会增强空气侧传热特性,而大量的微生物污垢会弱化传热,微生物污垢会使蒸发器空气侧压降增大。实验结果表明:当风速为0.5～2.0m/s时,微生物污垢会使翅片管蒸发器空气侧传热系数变化-16.0%～12.7%,使空气侧压降增多1.1%～43%。5)对3个铝翅片铜管换热器和3个铜翅片铜管换热器进行人工加速盐雾腐蚀,对经过腐蚀的翅片管换热器进行性能测试,并与未腐蚀的换热器进行对比,根据实验数据分析盐雾腐蚀对翅片管蒸发器的亲水性、空气侧传热和压降特性的影响。实验结果表明:随着盐雾腐蚀时间的增加,附带亲水层的铝翅片和不带亲水层的铜翅片,静态接触角、动态前进接触角和动态后退接触角均随腐蚀时间的增加而增大。说明随着盐雾腐蚀时间的增加,蒸发器的亲水性逐渐衰减。当风速为0.5～2.0 m/s时,盐雾腐蚀会使铝翅片管蒸发器空气侧传热系数变化-20.5%～36.8%,压降增大0%～21.6%。最后,简要阐述由于时间关系本文尚没有深入研究的问题,以及将来应重点关注的相关研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状和文献综述
• 1.2.1 间歇运行影响长效性研究
• 1.2.2 污垢影响长效性研究
• 1.2.3 腐蚀影响长效性研究
• 1.3 目前研究工作的不足
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 实验装置与测试方法
• 2.1 长效性研究内容
• 2.2 实验对象和工况
• 2.2.1 实验对象
• 2.2.2 实验工况
• 2.3 传热与压降测试实验装置
• 2.3.1 实验装置介绍
• 2.3.2 实验装置可靠性分析
• 2.4 数据处理方法
• 2.4.1 空气侧换热系数的计算
• 2.4.2 j 因子和f 因子的计算
• 2.5 算法
• 2.6 误差分析
• 2.7 小结
• 第三章 间歇运行次数对翅片管蒸发器长效特性的影响
• 3.1 间歇运行实现方法
• 3.1.1 间歇运行工况确定及快速实现方法
• 3.1.2 间歇运行次数的确定
• 3.2 间歇运行次数对换热和压降性能影响分析
• 3.2.1 间歇运行次数对铝翅片蒸发器空气出口温度的影响
• 3.2.2 间歇运行次数对铝翅片换热器特性的影响
• 3.2.3 间歇运行次数对铜翅片蒸发器空气出口温度的影响
• 3.2.4 间歇运行次数对铜翅片换热器特性的影响
• 3.3 间歇运行工况下空气侧长效传热和压降模型研究
• 3.3.1 空气侧长效传热和压降模型形式
• 3.3.2 反映翅片材料和间歇运行次数的模型研究
• 3.3.3 湿工况下反映翅片材料和间歇运行次数的传热和压降模型开发
• 3.4 小结
• 第四章 微生物污垢对翅片管蒸发器长效特性的影响
• 4.1 人工微生物加速生长方法
• 4.1.1 微生物的选择
• 4.1.2 微生物加速生长方法
• 4.1.3 生长微生物的换热器
• 4.2 湿工况下污垢翅片效率模型
• 4.3 微生物污垢对传热和压降性能影响分析
• 4.3.1 微生物污垢对翅片效率的影响
• 4.3.2 微生物污垢对铝翅片蒸发器传热和压降特性的影响
• 4.3.3 微生物污垢对铜翅片蒸发器换热和压降特性的影响
• 4.4 微生物污垢与灰尘污垢影响对比
• 4.5 小结
• 第五章 盐雾腐蚀对翅片管蒸发器长效特性的影响
• 5.1 实验方法及翅片耐腐蚀性能分析
• 5.1.1 盐雾腐蚀方法
• 5.1.2 翅片的耐腐蚀性能分析
• 5.2 盐雾腐蚀对翅片亲水性的影响分析
• 5.2.1 接触角的测量方法
• 5.2.2 盐雾腐蚀对接触角的影响分析
• 5.3 盐雾腐蚀对传热和压降性能影响分析
• 5.3.1 盐雾腐蚀对铝翅片换热器空气侧特性影响
• 5.3.2 盐雾腐蚀对铜翅片换热器空气侧特性影响
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.1.1 研究目的
• 6.1.2 研究内容
• 6.1.3 创新点
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间撰写和发表的论文