空冷分液冷凝器的管程優(yōu)化設計及熱力性能評價.pdf

1、強化管內冷凝傳熱的技術很多，工業(yè)上通常采用強化管來提高冷凝傳熱系數(shù)。然而，強化管在提高管內傳熱系數(shù)的同時，也造成了流動阻力的增大，從而導致能耗增大?？绽淦悍蛛x式冷凝器簡稱分液冷凝器，是一種新型冷凝器，它采用平行流多管程布置方式，換熱管兩端設置具有分程功能的“隔板-聯(lián)箱”，其隔板上開設有小孔，汽液兩相工質在聯(lián)箱內進行分離，部分液相工質通過多孔隔板排出，從而提高了工質進入下一個流程的干度，達到強化傳熱、降低流阻的目的。
　　 本文

2、針對分液冷凝器分段冷凝、中間排液的結構特點，采用3個經(jīng)典的管內冷凝換熱模型(Yu and Koyama(1998)、A.Cavallini et al.(2009)和Koyama and Yonemoto(2006)換熱模型）和壓降模型(Choi and Kedzierski(2001)壓降模型），逐管程計算工質的冷凝換熱系數(shù)與壓力降，設計開發(fā)出“分液冷凝器管程結構及熱力性能設計程序”。該程序能在已知工質及其進口條件下，計算不同分程策略

3、（管程數(shù)和各管程管子數(shù)）下不同管型結構參數(shù)和不同工況下分液冷凝器的管內冷凝傳熱系數(shù)和壓力降。該計算程序可以用來考察流速與管內平均干度對管內工質熱力性能的影響。
　　 應用該設計程序，在總換熱面積一定的基礎上計算了14種不同管程結構的分液冷凝器和蛇形管冷凝器的管內冷凝換熱系數(shù)和壓降值，并用懲罰因子分析它們熱力性能的優(yōu)劣。計算結果表明，由于蛇形管冷凝器采用單流程，管內制冷劑質量流速較大，因此其管內冷凝傳熱系數(shù)要比大部分分液冷凝器大，

4、但其壓降要比所有分液冷凝器都要大;而在13種管程結構的分液冷凝器中壓降值最小的是管程結構為5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器，在流量范圍為600～1200kg/(m2·s)內其壓降值分別比壓降最大的分液冷凝器和蛇形管冷凝器小64.8％～72.3％和68.8％～78.7％。采用懲罰因子(PF)來評價不同結構的冷凝器之間的熱力性能，在制冷劑質量流速600kg/(m2·s)到1200kg/(m2·s)范圍內，所有管程結構的分液冷凝器的PF

5、值都比蛇形管冷凝器小，這說明分液冷凝器的熱力性能要比蛇形管冷凝器好;而在13種管程結構的分液冷凝器中，管程結構為5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器PF值最小，熱力性能最好。
　　 為了驗證該程序計算結果的準確性，對最優(yōu)管程結構5-3-2-1-1-1-1的分液冷凝器進行實驗研究。在制冷劑R134a冷凝溫度為45℃和50℃，熱流密度分別為4.96kW/m2和6.72kW/m2，質量流速為532.5kg/(m2·s)和644.6k

6、g/(m2·s)工況下，對換熱器的管內換熱系數(shù)和管內壓力降進行了實驗測試，并將模型計算結果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較。研究發(fā)現(xiàn)換熱模型的計算結果與實驗數(shù)據(jù)的偏差都基本落在±30％以內，尤其是Yu and Koyama(1998)和A.Cavallini et al.(2009)這兩個換熱模型的計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合程度最好，全部都落在±30％以內;壓降模型的計算結果與實驗數(shù)據(jù)的偏差基本都落在±30％以內，只有3個點在低壓降下比實驗值稍小。由此