翅片管式热交换器防止霜冻的关键作业条件外文翻译资料

 2022-07-29 17:10:27

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

翅片管式热交换器防止霜冻的关键作业条件

摘要：我们获得了防止空气源热泵（ASHP）翅片管热交换器结霜的关键操作条件。 为了实现这一点，我们构建了一个数学模型来预测翅片管式换热器的热传质速率。 通过与实验数据的比较验证了数学模型，显示出热传质速率预测误差小于10％。 根据数学模型，如果空气和冷表面之间的界面温度高于空气的露点温度或水的凝固点，则可以防止结霜。 使用这一标准，建立了防止结霜的关键操作条件。 模型预测的结霜和无霜区与实验结果吻合良好。 因此，这些关键操作条件可用于提供各种操作策略，以防止ASHP中的结霜。

关键词：结霜；翅片管式热交换器；空气源热泵

引言

在加热应用中，空气源热泵（ASHP）的室外单元用作蒸发器，从空气中吸收热量。当热交换器的表面温度低于露点温度时，来自周围潮湿空气的水蒸气冷凝到冷面上。这种冷凝水可以通过表面张力积聚在翅片之间，形成抵抗空气流动的“水桥”。此外，如果热交换器的表面温度低于凝固点，则冷凝的水变成冰并形成多孔的霜。由于频繁重复结霜和除霜循环，在某些环境条件下（空气温度范围为-7至 5.5°C，相对湿度超过60％），ASHP的效率可大大降低[1]。在除霜循环中，室内机的运行必须停止，这可能导致用户不方便或不方便。因此，阻燃或预防结霜是热泵的重要设计步骤。

冷表面的霜冻生长主要受操作条件的影响，即冷表面温度，空气温度，绝对湿度和空气流速。根据以前的研究[2-13]，在低温表面温度，较低的空气温度和较高的绝对湿度的作业条件下，霜的生长速度通常较高。已经有各种尝试通过改变操作条件来阻止霜冻生长速度。例如，改变冷表面温度的典型操作策略是提高核心温度;这些包括热气旁路法和蓄热器法。Byun等人[14]通过使用热气旁路法在结霜条件下实验性地研究了ASHP的性能。Mei等[15]提出了一种采用蓄热器的无霜热泵概念，其增加了吸入压力，压缩机的质量流量和蒸发温度。结果是，线圈由于线圈温度的升高而导致的结霜速度被减缓。研究人员已经考虑到了利用预热空气策略来改变空气温度并防止线圈上的霜冻形成，但是对焓交换器的研究很少[16]在这一领域，热泵应用非常有限。改变空气湿度的一种方法是在与蒸发器表面接触之前使用干燥剂或吸附弯曲以对入口空气进行除湿[17-21]。空气湿度不仅降低，而且由于吸热也导致空气温度升高[18]。旨在改变操作条件的操作策略对阻止ASH2线圈的结霜有效，但需要额外的能量来改变操作条件。为了在应用这些操作策略时尽可能减少额外的能量消耗，需要明确的防止结霜的标准。

在本研究中，我们获得了防止翅片管式热交换器结霜的关键操作条件，从而提高了结霜条件下ASHP运行策略的效率。为了实现这一点，我们构建了一个数学模型来预测翅片管式换热器的热传质速率。通过与实验数据比较验证了数学模型。使用这种数学模型，建立了防止霜冻的临界操作条件。

专业术语

面积[m2]

恒压下的比热[J / kg·℃]

传质系数[kg / m2·s]

传热系数[W / m2·℃]

升华潜热[J / kg]

路易斯数[alpha;/ D]

质量流率[kg / s]

传热率[W]

传热阻力[℃ / W ]

温度[℃]

绝对湿度[kg / kga]

整体表面效率

下标

空气

空气与冷面之间的界面

潜在的

外/整体

制冷剂

饱和

明显的

管壁

数学模型

已经有许多数学模型来预测翅片管热交换器在潮湿或结霜的表面条件下的热传质和传质[22-24]。然而，这些模型中的大多数涉及隐含的功能，因为总的，合理的和潜在的热传递是相互依存的。本研究引入了一种新型的显式函数形式的数学模型，可用于确定翅片管式换热器的表面状态。

图1显示了我们的数学模型的控制量。 以下假设是为了简化问题：

（1）热交换器上的冷凝层的热阻可以忽略不计。

（2）管和翅片之间的热阻和接触电阻可以忽略不计。

（3）控制卷中的所有本地属性都是常数。

（4）管之间的热传导效应可忽略不计。

（5）回弯时的热损失可以忽略不计。

在这些假设下，控制体积的热传质网络可以定义如图2（a）所示。在网络（a）中，空气（）和管壁（）之间总的、明显的和潜在的热传递速率具有以下关系：

(1)

图1翅片管式热交换器的控制容积

其中

(2)

是显热传递速率，

(3)

是潜热传递速率，是入口和出口处制冷剂温度的平均值，是入口和出口处空气温度的平均值，是入口和出口绝对湿度的平均值，是在管壁温度下的饱和绝对湿度，而是在评估下的升华潜热。制冷剂侧的热阻由下式给出

图2基于（a）整体表面效率（b）界面温度

（c）基于显热的传热网络模型 的热传质网络

(4)

输出显热热阻由下式给出

(5)

输出潜热热阻由下式给出

(6)

总体表面效率由下式给出

(7)

在这里，使用施密特方法[25]计算翅片效率（）。传质系数使用以下热传质与传质之间的类比来确定：

(8)

在计算传热传质相关时我们通常假设路易斯数Le与空气中的大气压力一致。潜热热阻与显热热阻的关系如下：

(9)

用于方程式（4）和（5）的制冷剂和空气侧的传热系数由相关实验得出，这些系数用于有关制冷剂、翅片管、翅片类型和操作条件上。方程（1）-（3）用隐函数的形式构成了典型的热量和质量传递的模型，其中有三个未知数：显热和潜热传递速率，以及管壁温度。由于有三个方程和三个未知数，因此可以通过迭代计算求解该模型。然而，管壁温度（）并不适合用来当作确定表面状况的标准，因为它低于模型中的翅片温度。

图2（b）展示出了基于界面温度的等效热传质网络，其用作确定表面条件的标准。 界面温度是翅片和管表面的等效温度，可以从图2中网络（b）的节点的能量平衡来评估。然而，管壁和界面（）之间的热阻必须是已知的，并且只有显热可以与图2（b）所示的网络分离。该网络可以由图2（c）所示的等效传热网络建模，由Xia等人定义[27]。图2（b）所示的网络的传热速率，热阻和温差具有以下关系：

(10)

(11)

同样，图2（c）所示的显热传热传热网络的传热速率、热阻和温度差异如下：

(12)

(13)

将等式（10）和（11）代入方程（12）和（13）中，显热的有效热阻可定义如下：

(14)

(15)

可以使用图2（a）和（b）所示的网络之间的类比来得出管壁和界面之间的热阻。两个网络之间空气和管壁之间的显热传递应相等，即

(16)

将等式（15）代入方程（16），我们得到管壁和界面之间的热阻的以下表达式：

(17)

接口温度现在可以从节点的能量平衡来评估。 制冷剂和空气之间的能量平衡可以定义如下：

(18)

(19)

(20)

其中是界面温度下的饱和绝对湿度。 饱和绝对湿度可以被认为是在窄的温度范围内的界面温度的线性函数，即

(21)

当温度范围小于3℃[23]时，饱和绝对湿度的线性表示的最大误差在0.5％以内。将等式（9），（17），（19），（20）和（21）代入方程（18），界面温度可以计算为如下所示：

(22)

热交换器表面的热传质速率由下式给出

(23)

(24)

因此，热交换器表面的热传质速度是制冷剂温度，空气温度，绝对空气湿度，制冷剂侧和空气侧热电阻的函数。 可以根据控制量的能量平衡和质量平衡来评估空气和制冷剂的排出温度和空气的绝对湿度。 给定控制量的出口条件用作下一个控制量的入口条件。 我们使用控制量的数学模型计算热交换器中的热和质量传递; 描述该过程的流程图如图3所示

图3用于计算热和质量传递速率方法的流程图

结果与讨论

3.1.验证

通过与二十一个操作条件实验和四个几何参数实验的结果进行比较，验证了数学模型的热传质率。Lee等人[28]的工作详细描述了实验装置。在实验中使用具有1-3排管和翅片间距的翅片管热交换器，每英寸14,18和20个翅片。翅片管式热交换器的几何参数如表1所示

表1实验中使用的热交换器的几何参数

空气侧的传热系数通过Wang等人[29]的实验相关性计算。 使用Sieder和Tate[30]相关计算制冷剂侧的传热系数，当管的内部流动是层流并且在流体之间存在较大的温差时，该关系是有效的。 根据表2中的表面条件列出实验条件。热交换器的表面条件由使用孔镜的图像确定

表2不同操作条件下的表面条件

图4和图5比较了从数学模型和实验中获得的热传质速率和传质速率。来自数学模型的热传质速率与实验值非常一致，误差小于10％。 数学模型中的误差来自于热和质量传递建模的假设以及方程中使用的系数。本研究中使用的主要假设是基于Wang等人[29]进行的实验，用于获得空气侧传热系数。这些假设的误差包括在空气和制冷剂侧系数中，造成了实验和计算数据之间的差异。王等[29]报道的空气侧传热系数的特点的不确定度为15％，空气侧的热阻占总热阻的70％。因此，空气侧传热系数的不确定性预计将成为数学模型中主要的误差来源。

图4测量和计算的热传递率的比较

图5测量和计

全文共11737字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143354]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章