【摘要】：隨著能源需求的持續(xù)增加及其利用質(zhì)量要求的不斷提高,高效換熱技術(shù)已成為能源領(lǐng)域的重要科研方向。作為利用高干度冷凝強化換熱的新技術(shù),分液冷凝強化換熱技術(shù)的出現(xiàn)及深入研究,將為空調(diào)制冷、冶金電力、石油化工等領(lǐng)域的節(jié)能減排產(chǎn)生作出應有貢獻。本文綜合運用理論分析與實驗研究的方法,對微通道分液冷凝器及常規(guī)管徑冷凝器的熱力性能進行了深入研究�；诜侄斡嬎闼枷�,開發(fā)出微通道分液冷凝器及常規(guī)管徑分液冷凝器管程優(yōu)化程序,通過管程數(shù)及其對冷凝器熱力性能影響的計算,實現(xiàn)了冷凝器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其熱力性能的實驗研究。最后,以配有雙管排冷凝器的1.5匹家用空調(diào)系統(tǒng)為實驗原型,完成了分液冷凝器對空調(diào)系統(tǒng)制冷量與EER的影響研究。針對制冷劑質(zhì)量流量為0.017 kgs-1～0.029 kgs-1、分液后進口干度為0.75～1.0的情況,采用管程優(yōu)化程序,完成管程數(shù)及其對冷凝傳熱系數(shù)及冷凝總壓降等熱力性能影響的理論研究。結(jié)果表明,管程數(shù)及管程換熱管數(shù)對微通道分液冷凝器冷凝傳熱系數(shù)及冷凝壓力降均有明顯影響,且管程數(shù)是冷凝器優(yōu)化的關(guān)鍵；當冷凝器的總換熱管數(shù)及熱負荷相同時,5管程最優(yōu)冷凝器的冷凝傳熱系數(shù)比3管程對應值高11.9%～13.8%,且5管程最優(yōu)冷凝器的壓降比后者對應值高138.7%～155.8%；管程進口氣液分離程度與分液冷凝器的熱力性能成正比,當分液后進口干度從0.75升至1.0時,冷凝傳熱系數(shù)增大3.1%-5.6%,壓降則降低7.3%～11.9%。以制冷劑R134a為工質(zhì),完成進口制冷劑質(zhì)量流速為450kgm-2s-1～770kgm-2s-1及平均干度為0.27～0.73時,單排微通道分液冷凝器定熱流條件下的熱力性能實驗研究。結(jié)果表明,在較低制冷劑質(zhì)量流速(約570 kgm-s-1)及較低平均干度(約0.58)下,存在單排微通道分液冷凝器的冷凝傳熱系數(shù)超越普通單排平行流微通道冷凝器冷凝傳熱系數(shù)的現(xiàn)象；當質(zhì)量流速為770 km-2s-1時,其冷凝傳熱系數(shù)比普通單排平行流微通道冷凝器高6.7%。以制冷劑R134a為工質(zhì),完成制冷劑高質(zhì)量流速(質(zhì)量流速為585 kgm-2s-1～874 kgm-2s-1)和高平均干度(約0.78)時,雙排微通道分液冷凝器定熱流條件下的熱力性能實驗研究。研究表明,分液冷凝器的冷凝傳熱系數(shù)在實驗范圍內(nèi)較普通雙排平行流微通道冷凝器對應值高14.2%；雙排微通道分液冷凝器前后管排的換熱均勻性優(yōu)于普通雙排平行流微通道冷凝器情況,且其后管排的換熱量最大可達總換熱量的39.4%。此外,分析兩冷凝器前后管排沿程平均壁溫差可得出,分液冷凝器的前后管排管內(nèi)壓降更均勻。以制冷劑R134a為工質(zhì),完成了單排Φ7mm管徑分液冷凝器和單排管翅式冷凝器在定進口風量及定熱流工況下的熱力性能實驗研究。研究表明,在工質(zhì)高進口質(zhì)量流速(560 kgm-2s-1)及較高平均干度(約0.7)下,單排分液冷凝器的冷凝傳熱系數(shù)會超越普通管翅式冷凝器,且其壓降較普通管翅式冷凝器低30%以上；同時,相較常規(guī)管徑分液冷凝器,分液冷凝對微通道分液冷凝器熱力性能的影響更顯著。此外,依據(jù)熱力學第二定律評價準則得出,單排常規(guī)管徑分液冷凝器的整體熱力性能優(yōu)于同類普通冷凝器。最后,以一款具有雙管排冷凝器的1.5匹家用空調(diào)系統(tǒng)為實驗原型,研究了雙排分液冷凝器對空調(diào)系統(tǒng)制冷量及EER的影響。在GB/T 17758-2010名義標準工況下(室外側(cè)干球溫度/濕球溫度為35℃/24℃,室內(nèi)側(cè)干球/濕球溫度為27℃/19℃),獲得L型雙排分液冷凝器1.5匹空調(diào)系統(tǒng)的最佳制冷劑(R410A)充注量為1150g,最佳毛細管長度為400mm。此外,在GB/T 17758-2010標準工況、室外環(huán)境溫度為27℃～43℃下,分液冷凝空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機耗功較原型系統(tǒng)低、冷凝器換熱量較原型系統(tǒng)高、EER與制冷量較原型系統(tǒng)分別高9.5%和4.3%、分液冷凝器的壓降較原型管翅式冷凝器約低40%。同時,基于熱力學第二定律對實驗系統(tǒng)進行(?)分析后發(fā)現(xiàn),雙排分液冷凝器空調(diào)系統(tǒng)的火用效率比原型空調(diào)系統(tǒng)高0.7%-2.5%,進而得出分液冷凝空調(diào)系統(tǒng)較原型空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)越的結(jié)論。綜合上述研究結(jié)果表明,微通道分液冷凝器和常規(guī)管徑分液冷凝器的整體熱力性能明顯優(yōu)于二者對應普通冷凝器的熱力性能,普通空調(diào)系統(tǒng)應用分液冷凝器后可獲得更大制冷量與更高EER。
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【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
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本文編號：2450102