【摘要】：微通道換熱器作為冷凝器已得到廣泛應(yīng)用,具有綜合成本低、高效節(jié)能、抗腐蝕耐壓高等優(yōu)勢,而其作為蒸發(fā)器使用的技術(shù)還很不成熟。鑒于微通道蒸發(fā)器內(nèi)汽液兩相流動相互干擾影響換熱效果,本文通過搭建微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺以及數(shù)值模擬手段,對微通道蒸發(fā)器的流動及換熱特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及模擬研究。本文通過實(shí)驗(yàn)研究,得出以下結(jié)論:(1)低流速(流速小于0.3m/s)時(shí),下部扁管各位置溫度低于中部扁管溫度低于上部扁管溫度,扁管低溫區(qū)溫度分布呈現(xiàn)“直角三角形”形狀分布;高流速(流速0.4m/s~0.5m/s)時(shí),各扁管在相同位置溫度接近,中部扁管溫度略低,扁管低溫區(qū)溫度分布呈現(xiàn)“等腰三角形”形狀分布。同時(shí),隨制冷劑流速的增加,系統(tǒng)換熱量不斷增加,微通道蒸發(fā)器傳熱系數(shù)增大。(2)隨著風(fēng)速的增加,微通道蒸發(fā)器扁管低溫分布區(qū)域變小,低溫分布區(qū)域形狀亦改變。低風(fēng)速(風(fēng)速小于1.5m/s)時(shí),各扁管溫升很小,僅為2℃左右,低溫分布區(qū)域呈現(xiàn)“等腰梯形”形狀;高風(fēng)速(風(fēng)速2.0m/s~3.0m/s)時(shí),各扁管溫升較大,溫升10℃左右,低溫分布區(qū)域呈現(xiàn)“等腰三角形”形狀。同時(shí),風(fēng)速增大,微通道蒸發(fā)器傳熱系數(shù)增大,總的換熱量加大。但在本實(shí)驗(yàn)中,冷水機(jī)組冷量有限,當(dāng)風(fēng)速大于2.0m/s以后,系統(tǒng)換熱量及傳熱系數(shù)基本不變。(3)微通道蒸發(fā)器進(jìn)出口壓力隨時(shí)間不斷波動,當(dāng)流速由0.3m/s增加到0.5m/s,波動頻率由為2×10~(-3)/s增加到2.86×10~(-3)/s。隨制冷劑流速的增加,微通道蒸發(fā)器進(jìn)出口壓降增大,增幅約為66.7%;當(dāng)風(fēng)速由2.0m/s增加到2.5m/s,微通道蒸發(fā)器進(jìn)出口壓力波動頻率由2.86×10~(-3)/s降低到1.67×10~(-3)/s。隨風(fēng)速的增加,微通道蒸發(fā)器進(jìn)出口壓降增大,增幅約為185.7%。(4)分析了制冷劑流速和空氣側(cè)風(fēng)速對微通道蒸發(fā)器第一流程制冷劑分配均勻性的影響,隨制冷劑流速增加,制冷劑分配趨于更加均勻,不均勻度由0.33降低到0.22,降幅約為33%;而風(fēng)速對制冷劑流量分配不均勻度遠(yuǎn)勝于制冷劑流速,當(dāng)風(fēng)速由1.5m/s增加到2.0m/s,不均勻度陡增,增幅約為83%;當(dāng)風(fēng)速由2.0m/s增加到3.0m/s,制冷劑分配不均勻度增幅減小為27%。本文建立微通道蒸發(fā)器第一流程二維模型,并采用ANSYS16.0模擬軟件,模擬不同制冷劑流速下百葉窗翅片式鋁制微通道蒸發(fā)器內(nèi)R134a制冷劑的流動及換熱情況,得到的結(jié)論如下:(1)制冷劑入口流速在0.2m/s~0.4m/s時(shí),最上端扁管流速最大、最下端扁管流速次之;制冷劑口流速在0.5m/s~1.0m/s時(shí),下部扁管流速較大,中部扁管流速最大,從中部扁管向上的扁管內(nèi)制冷劑流速降低,但是最上端扁管的流速略有增加。(2)隨制冷劑入口流速的增加,微通道蒸發(fā)器第一流程壓降增大,流速由0.2m/s增大到1.0m/s,壓降增大1372Pa。(3)制冷劑入口流速對于制冷劑在微通道蒸發(fā)器內(nèi)分配不均勻度影響較大。隨制冷劑入口流速的增加,制冷劑在微通道蒸發(fā)器內(nèi)分配不均勻度降低。當(dāng)流速大于0.8m/s,微通道蒸發(fā)器第一流程制冷劑分配更趨于均勻。制冷劑入口流速0.5m/s,溫度為5℃、干度為0,且風(fēng)道內(nèi)空氣入口溫度35℃、風(fēng)速為2m/s條件下,將模擬值與實(shí)驗(yàn)值比較,各扁管內(nèi)制冷劑溫度模擬值與扁管表面溫度實(shí)驗(yàn)值變化趨勢一致,且誤差小于4.5℃。比較不同制冷劑入口流速下,微通道蒸發(fā)器第一流程制冷劑分配不均勻度,模擬值和實(shí)驗(yàn)值變化趨勢也基本吻合,實(shí)驗(yàn)值略低于模擬值。比較分析基本說明模擬計(jì)算是合理的。本文對微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能進(jìn)行了模擬及實(shí)驗(yàn)研究,具有一定的科研意義,希望能為微通道蒸發(fā)器的相關(guān)研究及應(yīng)用提供參考。
【圖文】：

第二章 微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺介紹搭建微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺，主要包括：制冷劑 R134a 系統(tǒng)系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。風(fēng)道內(nèi)，高溫空氣與微通道蒸發(fā)器內(nèi)低溫制冷劑換溫度降低，制冷劑溫度升高，溫度升高的制冷劑在套管換熱器內(nèi)與冷凍水換升高，被加熱的冷凍水在冷水機(jī)組制冷作用下，溫度降低；與冷凍水換熱后溫度降低，溫度降低的制冷劑在柱塞式工質(zhì)泵的作用下，再進(jìn)入微通道蒸發(fā)換熱。本文主要對制冷劑側(cè)的流動及換熱情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以下將對實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測試方法及數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺，主要由柱塞式工質(zhì)泵、渦輪流量換熱器、微通道蒸發(fā)器、儲液桶、變頻器、風(fēng)機(jī)、電加熱裝置、風(fēng)道、冷水成，如圖 2-1 所示。

第二章 微通道蒸發(fā)器強(qiáng)化傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺介紹43 根扁管，第一流程 16 根扁管，，第二流程 27 根扁管；每根扁管內(nèi)有 16 條圓柱形微通道；百葉窗翅片；入口銅管；出口銅管。入口銅管及出口銅管為銅制，其余部分為鋁制。其中，入口銅管和出口銅管均垂直于進(jìn)出口集管布置，銅管直徑 8mm；進(jìn)出口集管及匯流集管為圓柱形，尺寸為：直徑 15mm，長度為 413.5mm；扁管長 420mm，寬15mm，厚 1.5mm；每根扁管有 16 通道，通道直徑為 0.8mm，進(jìn)口處，第一根扁管距離底端 5mm，出口處，第 43 根扁管距離頂端 8mm。整體微通道蒸發(fā)器尺寸為435mm×413.5mm×15mm，空氣側(cè)換熱面積為 5.2m2，制冷劑側(cè)換熱面積為 0.8m2，空氣與制冷劑交叉流動。
【學(xué)位授予單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK172

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