空冷分液冷凝器的管程優(yōu)化設(shè)計及熱力性能評價.pdf

1、強化管內(nèi)冷凝傳熱的技術(shù)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(nèi)傳熱系數(shù)的同時，也造成了流動阻力的增大，從而導(dǎo)致能耗增大。空冷汽液分離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(shè)置具有分程功能的“隔板-聯(lián)箱”，其隔板上開設(shè)有小孔，汽液兩相工質(zhì)在聯(lián)箱內(nèi)進行分離，部分液相工質(zhì)通過多孔隔板排出，從而提高了工質(zhì)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(jié)構(gòu)特點，采用3個經(jīng)典的管內(nèi)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(zhì)的冷凝換熱系數(shù)與壓力降，設(shè)計開發(fā)出“分液冷凝器管程結(jié)構(gòu)及熱力性能設(shè)計程序”。該程序能在已知工質(zhì)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(jié)構(gòu)參數(shù)和不同工況下分液冷凝器的管內(nèi)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(nèi)平均干度對管內(nèi)工質(zhì)熱力性能的影響。
　　 應(yīng)用該設(shè)計程序，在總換熱面積一定的基礎(chǔ)上計算了14種不同管程結(jié)構(gòu)的分液冷凝器和蛇形管冷凝器的管內(nèi)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(jié)果表明，由于蛇形管冷凝器采用單流程，管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流速較大，因此其管內(nèi)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(jié)構(gòu)的分液冷凝器中壓降值最小的是管程結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)的冷凝器之間的熱力性能，在制冷劑質(zhì)量流速600kg/(m2·s)到1200kg/(m2·s)范圍內(nèi)，所有管程結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的分液冷凝器中，管程結(jié)構(gòu)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(jié)果的準確性，對最優(yōu)管程結(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)換熱系數(shù)和管內(nèi)壓力降進行了實驗測試，并將模型計算結(jié)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(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的偏差都基本落在±30％以內(nèi)，尤其是Yu and Koyama(1998)和A.Cavallini et al.(2009)這兩個換熱模型的計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合程度最好，全部都落在±30％以內(nèi);壓降模型的計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的偏差基本都落在±30％以內(nèi)，只有3個點在低壓降下比實驗值稍小。由此