發(fā)布時間：2020-05-15 12:20

【摘要】：翅片管式換熱器是目前制冷空調、化工等多種行業(yè)中常用的換熱器形式。房間空調器中所使用的翅片管式換熱器經長期運行后,表面會積聚大量的灰塵,這些灰塵會增大氣流在翅片間的流動阻力并同時增大翅片側的熱阻,導致空調器的長效性能出現(xiàn)衰減。對于空調系統(tǒng)的能效,人們不僅關注空調器新出廠時的能效水平是否達到國家能效標準的要求,更關注空調器在長期使用過程中的能效是否會因積塵而導致出現(xiàn)嚴重的衰減。因此,為了能夠評價空調器的長效性能衰減情況并提高空調器的長效性能,有必要從建立加速測試方法、構建評價標準、優(yōu)化換熱器結構等多方面來開展研究。而目前在這些方面的研究存在一些不足之處,包括缺乏能夠快速預測空調換熱器表面積灰過程的模擬方法、缺乏能夠定量分析積灰對空調換熱器性能衰減影響的測試方法、以及缺乏能夠方便地預測積灰對換熱性能的影響從而能夠快速檢測換熱器結構優(yōu)化效果的分析工具等。本文的工作則是基于目前空調換熱器長效性能研究中存在的不足來開展針對性的研究,主要的研究內容包括理論建模部分和實驗研究部分,并取得了如下的研究成果:1)建立了翅片表面為干燥狀態(tài)時的顆粒物沉積的數(shù)值模型。本文通過分析翅片表面干燥時的顆粒物沉積的物理過程,依次建立了顆粒物傳輸子模型、顆粒物-翅片碰撞子模型和顆粒物-污垢層碰撞子模型。通過將慣性顆粒物設置為具有球型形狀的離散相,并分析顆粒物在翅片流場間所受到的氣流曳力作用,來計算顆粒物的運動軌跡;通過分析入射顆粒物在與翅片/污垢層碰撞形變過程中的能量守恒和受力平衡情況來得到入射顆粒物的沉積判定條件以及已沉積顆粒物的移除判定條件,并計算得到入射顆粒物發(fā)生沉積時的臨界碰撞角、臨界沉積速度以及已沉積顆粒物發(fā)生移除時的臨界移除速度。并基于模型分析了波紋翅片流場間的顆粒物運動軌跡和顆粒物分布特性、以及不同翅片結構參數(shù)和工況參數(shù)對干顆粒物沉積率的影響。2)建立了翅片表面為析濕狀態(tài)時的顆粒物沉積的數(shù)值模型。本文在上述干工況下顆粒物沉積模型的基礎上,考慮了翅片表面含濕時對顆粒物運動軌跡以及顆粒物捕集作用的影響。通過分析濕空氣中的水蒸氣在翅片和液膜表面的傳質過程,來分別建立冷凝液滴的形成和生長的數(shù)學描述;當翅片表面含濕量較大時,冷凝液滴對顆粒物具有純捕集作用,此時的顆粒物捕集效率由顆粒物的運動軌跡來決定;當濕污垢層內的含濕量逐漸降低時,顆粒物將與濕污垢層表面發(fā)生碰撞作用,此時的顆粒物捕集效率由顆粒物的沉積判定條件來決定。并基于模型分析了波紋翅片表面含濕時的顆粒物運動軌跡和顆粒物分布特性、以及不同翅片結構參數(shù)和工況參數(shù)對表面含濕時的顆粒物沉積率的影響。3)實驗研究了干工況和析濕工況下?lián)Q熱器表面積塵特性以及濕顆粒對空氣側性能的影響,并對顆粒物沉積模型進行了實驗驗證。分別設計并搭建了換熱器在干工況和析濕工況下的積灰可視化實驗裝置;拍攝了干/濕顆粒物污垢在換熱器翅片表面的分布特征,實驗分析了不同結構因素和工況因素對顆粒物沉積質量的影響、以及表面沉積的濕顆粒對空氣側壓降和換熱性能的影響;將實驗拍攝結果與模型計算結果進行了對比,并分別將干工況下和析濕工況下的換熱器翅片表面顆粒物沉積質量測量結果與模型計算結果進行了對比,對比結果表明翅片表面的干顆粒物和濕顆粒污垢層的分布形態(tài)以及污垢層的厚度預測結果均與實驗結果能夠較好地吻合,模型的顆粒物沉積質量預測結果與實驗數(shù)據(jù)之間的誤差均在±20%以內。4)建立了換熱器積塵后的污垢翅片效率計算模型。本文通過將表面覆蓋有顆粒物污垢的環(huán)形翅片處理成由二維化的污垢層覆蓋在一維化的干凈翅片表面,從而可以方便地計算得到污垢翅片的溫度分布,并最終計算得到污垢翅片效率;并通過當量半徑轉化的方法,將環(huán)形污垢翅片的翅片效率計算模型拓展為帶圓孔的方形翅片的翅片效率計算模型。并基于模型分別分析了在精確給定和估算給定的翅片兩側污垢層厚度分布以及空氣側對流換熱系數(shù)的輸入?yún)?shù)條件下,換熱器積塵后的換熱量預測結果,計算結果表明本模型的誤差在工程應用允許的范圍內。
【圖文】：

如圖 1-1 所示為空調換熱器使用一定年限后的表面積塵情況，，可以看后的空調換熱器表面會積聚大量的灰塵。因此對于空調器長效性能的認為需要迫切研究積灰對空調換熱器長效性能的影響。

(c) 放大 1000 倍 (d) 放大 2000 倍圖 1-2 積塵顆粒物的表面微觀形貌Fig. 1-2 Microscopic appearance of deposited dust particles.在有些場合下，換熱器表面除了沉積有粉塵顆粒物外，可能還包括有纖維
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK172

【參考文獻】

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本文編號：2665017