家用空调制冷系统换热器的优化设计docx

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作者:百家乐网址  来源:百家乐怎么玩  时间:2019-11-02 16:01  点击:

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  PAGE \* MERGEFORMAT 1 毕业设计(论文)手册 学 院: 职业技术学院 专业班级: 制冷1131 姓 名: 王宏健 指导教师: 董辉 2014 年 6 月 填 写 说 明 1.本手册是学院对毕业设计(论文)工作进行质量监控的重要依据,必须认真如实填写,妥善保管。 2.毕业设计(论文)答辩前,学生要将经顶岗单位指导教师、指导教师及评阅教师评阅后的本手册送交答辩委员会评阅。 3.凡由指导教师组或外聘(反聘)教师指导学生,各系(部)要派负责教师协助做好毕业设计(论文)手册的填写工作。 目 录 毕业设计(论文)任务书…………………………………1 毕业设计(论文)评阅书…………………………………3 附录…………………………………………………………5 正文…………………………………………………………6 毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目: 设计(论文)题目: 家用空调制冷系统换热器的优化设计 设计(论文)时间: 2014年4月20日 至 2014年6月10日 设计(论文)进行地点: 安徽桑铌科技股份有限公司 设计(论文)内容: 在空调中,冷凝器、蒸发器实际上都是换热器,换热器约占 50%的份量;在中央空调中换热器约占 50%~70%份量。在能量方面,换热器的好坏直接影响到空调的 COP,若换热器传热效率高,制冷效果显著,空调压缩机耗功少,COP 就高。所以,通过优化设计蒸发器冷凝器来降低空调器的耗电量;通过热交换器的强化传热来改善空调的制冷效果。 设计(论文)的主要技术指标 增强传热系数(K) K = 1/ (1/α1 + 1/α2 ) = (α1 ·α2) / (α1 +α2 ) 从上式可以看出 K值必定小于 α1 和 α2的值,而且它比二者中较小的一个还小。所以在增强传热的时候,必须增大 α 中较小的一项(即减小最大热阻项) 才能有效地增大传热系数,提高传热系数,增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数(K)。 设计(论文)的基本要求 根据论文研究方向,独立进行文献查找和分析文献资料; 能够独立查找、翻译和分析外文资料;参考国内外研究现状和成果,独立分析、写作、完成完整的毕业论文。 4 4、应收集的资料及主要参考文献 1 方言.空调技术与应用,2002, 2河南新飞电器有限公司.空调器蒸发器.中国,实用新型. 3 浅析 JAD 螺旋螺纹管换热器的节能高效. 4 王忠良 铁城“新型高效换热管——铜铝复合管”通过专家鉴定. 5 刘恒健 梁爱姣 管壳式换热器管程强化传热技术研究进展 辽宁化工 2006年 05 期 . 进度安排及完成情况 序号 设计(论文)各阶段任务 日 期 完成情况 1 选题 4月20日 ~4月27 日 完成 2 论文提纲的确定 4月27日 ~ 5月4日 完成 3 前期论文的书写 5月5日 ~ 5 月15日 完成 4 中期论文的修改 5月16日~ 5月26 日 完成 5 后期论文的确定 5月27日 ~ 6月7日 完成 6 论文上交 6月 10 日 完成 学生签名: 王宏健 岗位指导教师签名: 丁华东 指导教师签名: 系主任签名: 2014 年 6 月10 日 四、岗位综合实践论文参考大纲 毕业设计(论文)评阅书 岗位指导教师评语: 岗位指导教师评语: 指导教师评语: 评分(建议成绩): 95 评分(建议成绩): 岗位指导教师签字:丁华东 指导教师签字: 2014 年 6 月03 日 200 年 月 日 毕业设计(论文)评阅书 评阅教师评语: 评阅教师评语: 评分(建议成绩): 2014 年 月 日 评 分 表 项目 论文 岗位指导教师 建议成绩 指导教师 建议成绩 合计 权重 40 30 30 100 分数 答辩委员会意见: 答辩委员会主任: 2014 年 月 日 成 绩 附 录 成 绩 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc389757265 摘 要 PAGEREF _Toc389757265 \h 2 HYPERLINK \l _Toc389757266 关键词 PAGEREF _Toc389757266 \h 2 HYPERLINK \l _Toc389757267 绪论 PAGEREF _Toc389757267 \h 3 HYPERLINK \l _Toc389757268 第一章 换热器的分类 PAGEREF _Toc389757268 \h 5 HYPERLINK \l _Toc389757269 1.1换热器原理分类: PAGEREF _Toc389757269 \h 5 HYPERLINK \l _Toc389757270 1.1.1、流体连接间接式换热器 PAGEREF _Toc389757270 \h 5 HYPERLINK \l _Toc389757271 1.1.4、流体连接间接式换热器 PAGEREF _Toc389757271 \h 5 HYPERLINK \l _Toc389757272 1.1.5、直接接触式换热器 PAGEREF _Toc389757272 \h 5 HYPERLINK \l _Toc389757273 1.2按换热器结构分类: PAGEREF _Toc389757273 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757274 1.3按换热器用途分为: PAGEREF _Toc389757274 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757275 1.3.1、蒸发器 PAGEREF _Toc389757275 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757276 1.3.2、预热器 PAGEREF _Toc389757276 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757277 1.3.3、加热器 PAGEREF _Toc389757277 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757278 1.3.4、过热器 PAGEREF _Toc389757278 \h 6 HYPERLINK \l _Toc389757279 第二章 换热器强化传热措施 PAGEREF _Toc389757279 \h 7 HYPERLINK \l _Toc389757280 2.1 换热器强化传热的方式 PAGEREF _Toc389757280 \h 7 HYPERLINK \l _Toc389757281 2.1.1 增大传热面积 F PAGEREF _Toc389757281 \h 7 HYPERLINK \l _Toc389757282 2.1.2 增加传热温差 Δt PAGEREF _Toc389757282 \h 7 HYPERLINK \l _Toc389757283 2.1.3 增强传热系数(K) PAGEREF _Toc389757283 \h 8 HYPERLINK \l _Toc389757284 2.2 换热器管内强化传热措施 PAGEREF _Toc389757284 \h 8 HYPERLINK \l _Toc389757285 2.2.1 扩展表面法-内肋管 PAGEREF _Toc389757285 \h 8 HYPERLINK \l _Toc389757286 2.2.2 插入纽带法 PAGEREF _Toc389757286 \h 9 HYPERLINK \l _Toc389757287 2.2.3 表面粗糙法 PAGEREF _Toc389757287 \h 9 HYPERLINK \l _Toc389757288 2.2.11 静电场法 PAGEREF _Toc389757288 \h 12 HYPERLINK \l _Toc389757289 2.3 换热器管外强化传热措施 PAGEREF _Toc389757289 \h 12 HYPERLINK \l _Toc389757290 2.3.1 凝结管旋转法 PAGEREF _Toc389757290 \h 12 HYPERLINK \l _Toc389757291 2.3.2 采用螺旋槽法 PAGEREF _Toc389757291 \h 12 HYPERLINK \l _Toc389757292 2.3.3 采用高性能翅片 PAGEREF _Toc389757292 \h 12 HYPERLINK \l _Toc389757293 2.3.4 采用锯齿形翅片和花瓣形翅片 PAGEREF _Toc389757293 \h 13 HYPERLINK \l _Toc389757294 2.3.5采用 T 型 翅 片 管 PAGEREF _Toc389757294 \h 13 HYPERLINK \l _Toc389757295 2.3.6 采用低螺纹翅片管 PAGEREF _Toc389757295 \h 13 HYPERLINK \l _Toc389757296 2.3.7 采用空心环支撑菱形翅片管 PAGEREF _Toc389757296 \h 14 HYPERLINK \l _Toc389757297 2.3.8 采用三维管内、外肋法 PAGEREF _Toc389757297 \h 14 HYPERLINK \l _Toc389757298 第三章 蒸发器冷凝器的优化方法 PAGEREF _Toc389757298 \h 16 HYPERLINK \l _Toc389757299 3.1 蒸发器的优化设计 PAGEREF _Toc389757299 \h 16 HYPERLINK \l _Toc389757300 3.2冷凝器优化设计 PAGEREF _Toc389757300 \h 17 HYPERLINK \l _Toc389757301 结语 PAGEREF _Toc389757301 \h 18 HYPERLINK \l _Toc389757302 参考文献 PAGEREF _Toc389757302 \h 19 HYPERLINK \l _Toc389757303 致谢 PAGEREF _Toc389757303 \h 20 摘 要 近年来,随着人民生活水平的不断提高,空调器产品已成为冬夏季节中人民生活不可或缺的产品。随着生活中电器的的增加,据报到:2004 年国家电网公司拉闸限电 100 多万次,高峰时期电力缺口达 2000~3000万 KW,我国电力需求年达 14%~15%,仅家用空调一项为:400 亿 KW,年家电用量占约全国电力 10%,其年增长率与全国 GDP 增长接近,因此,空调节能势在必行。 空调,就是对空气进行调节,空气调节需要能量,所以空调实质上是能量转换设备,是消耗电能来依靠压缩机对冷媒工质作功,通过换热设备来实现冷、暖调节的。既然是能量转换来实现空气调节,转换效率的高低,就是我们研究的问题。 在空调中,冷凝器、蒸发器实际上都是换热器,换热器约占 50%的份量;在中央空调中换热器约占 50%~70%份量。在能量方面,换热器的好坏直接影响到空调的 COP,若换热器传热效率高,制冷效果显著,空调压缩机耗功少,COP 就高。所以,通过优化设计蒸发器冷凝器来降低空调器的耗电量;通过热交换器的强化传热来改善空调的制冷效果。 关键词:空调器 , 热交换器 ,耗电量 , 优化设计 , 强化传热 绪论 许多人渴望回到古代去过一种简单的生活,但是他们不得不面对现代技术发明之前的许多不愉快的事:化脓的牙齿、尿壶、黑死病——以及七月底的炎热日子里没有空调。随着持续高温的夏季到来,让我们来看看对炎热空气的控制是怎样发展的。直到20世纪,人们在夏季依然还在流汗和扇扇子。原始的空调系统从古代开始就有,但是它们非常昂贵而且十分不便,只有最富有的人才能拥有。直到20世纪初,美国家庭中才出现电风扇,而空调制冷系统是在最近几十年,随着全球中产阶级的兴起和能率技术的突破,才传到美国境外的。从古罗马时代起,人们就开始尝试利用举世闻名的引水系统控制室内温度。公元3世纪,古罗马皇帝埃拉伽巴路斯改进了制冷系统,他在自己别墅旁边的花园里堆起一座雪山,来使整个夏天保持凉爽,不惜一切代价的态度仿佛是现代中央空调系统的预兆。扇子是可以选择的制冷手段。中国人在3000年前就开始使用手摇扇子,公元2世纪,有个中国发明家建造了第一台房间大小的手摇旋转扇。 对空调技术而言,最大的突破是电。尼古拉·特斯拉发明了交流电马达,使20世纪早期摇头电扇的发明成为可能。1902年,25岁的纽约工程师威利斯·卡利尔发明了第一台现代空调系统。然而,它的发明却不是为了人们的舒适,而是为了控制他工作的印刷厂的温湿度。1922年,他又发明了离心式冷水机,为了减少机器的体积,增加了中央空气压缩机。1925年,卡利尔发明的空调正式在时代广场的里沃利剧院面对公众亮相。此后多年,人们到了炎热的夏天就挤进装有空调的电影院,促进了夏季大片的兴盛。 可以毫不夸张地说,卡利尔的发明造就了20世纪的美国。20世纪30年代,空调开始进入百货商店、轨道交通和办公室,使得工人的夏季生产效率产生飞跃。在此之前,唯一能提供凉爽的是天井和敞开的窗户。住宅用空调的发展比较缓慢,直到1965年,美国才有10%的家庭拥有空调。南方家庭解决炎热的办法是睡在走廊里,甚至把他们的内衣放进冰柜。到了2007年,拥有空调的家庭数量是86%。自从空调遍布美国后,本来夏季炎热难忍的阳光地带城市,成为工作和生活的乐园,从长期来看促进了美国人口的增长。 第一章 换热器的分类 1.1换热器原理分类: 1.1.1、流体连接间接式换热器 1.1.2、蓄热式换热器:蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 1.1.3、表面式换热器:表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对流,两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 1.1.4、流体连接间接式换热器:把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 1.1.5、直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备,例如,冷水塔、气体冷凝器等。 1.2按换热器结构分类: 可分为:浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。 1.3按换热器用途分为: 1.3.1、蒸发器 蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。 1.3.2、预热器 预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。 1.3.3、加热器 加热器是把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变化。 1.3.4、过热器 过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。 第二章 换热器强化传热措施 人们在换热器的强化传热方面进行了大量的研究,在宏观上对换热器的结构采取了有效措施,而现在在微观的气流分子运动上进行大量强化传热的研究。 换热器传热计算通式为:Q=KF△t。从该式可以看出,强化传热不外乎从传热系数 K、传热面积 F、冷热流体传热温差△t 三方面进行。这只是单向流体传热常用公式,对于有沸腾、凝结换热应充分考虑传热系数的不同。 2.1 换热器强化传热的方式 2.1.1 增大传热面积 F 扩展传热面积是增加传热效果,现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的,如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料,通过这些材料的使用,单台设备的单位体积的传热面积会明显提高,充分达到换热设备高效、紧凑的目的。 2.1.2 增加传热温差 Δt 加大换热器传热温差 Δt 是加强换热器换热效果常用的措施之一。但是,增加换热器传热温差 Δt是有一定限度的,我们不能把它作为增强换热器传热效果最主要的手段,使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。依靠增加换热器传热温差 Δt 只能有限度的提高换热器换热效果。 2.1.3 增强传热系数(K) K = 1/ (1/α1 + 1/α2 ) = (α1 ·α2) / (α1 +α2 ) 从上式可以看出 K值必定小于 α1 和 α2的值,而且它比二者中较小的一个还小。所以在增强传热的时候,必须增大 α 中较小的一项(即减小最大热阻项) 才能有效地增大传热系数,提高传热系数,增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数(K)。 换热器传热系数(K)的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定,换热器在使用过程中,其总热阻是各项分热阻的叠加,所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。 2.2 换热器管内强化传热措施 2.2.1 扩展表面法-内肋管 经研究证明,当换热管一侧是气体, 一侧是液体进行强制对流换热时, 最常用的强化手段是采用扩展表面的方法。因为气体的给热系数比液体的小得多, 一般小 10~50 倍。传热系数 K 值的变化主要取决于较少给热系数侧的变化, 因此在气体侧采用异形扩展换热面, 可以使普通扩展换热面的换热系数再提高 50 %~150 % 。 常用的异形扩展面形式较多,如交叉短肋型、波型翅多孔型、百页窗型、低翅片管型、销钉型等,实验表明:R12 的工质,内肋管强化传热凝结系数比光管增加 20~40%,按管子表面积计算不考虑内肋表面积,凝结传热系数是光管的 1~2倍。 2.2.2 插入纽带法 据介绍,国外从 1896 年就开始研究和应用管内插入物的强化传热。管内插入物有:环式、拉希格图、盘式、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带、静态混合器和径向混合器等。在强化传热技术中管内安装插入物的强化传热技术有显著的特点:不改变传热面形状;插入物加工简单,特别适合于现有设备改造,不需要更换原有管壳式 换热器。应用在管内插入纽带后,其凝结换热系数按管子的表面积计算时可比光管凝结换热系数高 30%,流动压力损失与内肋管同,但综合效应远不如采用内肋管。 2.2.3 表面粗糙法 在液体传热场合, 这种强化技术可以大大提高传热系数。因为, 在层流状态下, 如管壁粗糙度较小, 低速流体贴着管壁平滑地流过, 不形成漩涡, 但当相对粗糙度 h/ R , 即粗糙高度与管子内半径之比增大时,流体不再平滑地流过管壁,在管壁附近会形成漩涡,即粗糙度对换热和阻力产生影响。 在管子内表面增加粗糙度,用高度与管子内径比值为 0.013、0.021 进行实验,凝结系数比光管高近一倍,与内肋管凝结换热系数基本相同,阻力损失和金属的消耗量比内肋管少。 2.2.4 螺旋扁管法 螺旋扁管由于管子的独特结构,流体在管内处于螺旋流动,促使湍流程度。经实验研究表明螺旋扁管管内膜传热系数 通常比普通圆管大幅度提高,在低雷诺数时最为明显,2~3倍;随着雷诺数的增大,通常也可提高传热系数 50%以上。 2.2.5JAD 螺旋螺纹管法 来自加拿大的 JAD 螺旋螺纹管换热器设计是针对目前市场大部分非对称流的换热工况,使两侧换热面积大不相同,壳容积最大可达 4.2倍的管容积,在汽—水换热领域有着无可比拟的优势,并且可满足多种复杂工况要求,被誉为“欧洲蒸汽王子”。螺旋螺纹管换热器的换热管内径一般为 8mm,考虑到了压降和换热系数的最佳组合关系,争取以最小的压降达到最好的换热系数,与常规的管壳式换热器相比,JAD 螺旋螺纹管换热器换热系数大,传热效率高,具有相当的灵活性、适用性和可靠性。JAD 系列螺旋螺纹管换热器独特的螺旋结构、先进的传热机理以及经济实用性,势必决定了其节能、高效的优越性。 2.2.6 横纹管法 横纹管其形状为管壁被挤压成与管子轴线°的横纹, 在管壁内形成一圈一圈突出的圆环。用以强化管内气体和液体的传热及管 内气体的冷凝。当流体流经横纹管的圆环时, 在管壁上形成轴向漩涡, 增加了流体边界层的扰动,有利于通过边界层传递热量。当漩涡将要消失时, 流体又 经过第二个圆环, 从而保证轴向漩涡不断生成。比光管换热器的总传热系数提高 85%,在相同负荷时,可节约 40%的面积, 而且基本无结垢和腐蚀现象。 2.2.7 波纹管法 波纹管是将光管加工成波纹形状的翅片,当流体流经波峰时,速率增加,静压降低,而当流体流经波谷时,速率减小,静压增大。周期性的变化增加了流体的扰动,促使湍流产生,从而增大了传热系数。该管较普通的光管换热器效率提高 2~3 倍。 2.2.8 缩放管法 缩放管是由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道。在扩张段中流体速度降低,静压增加;在收缩段中流体速度增加,静压减小。周期性的变化产生剧烈的漩涡冲刷流体边界层,使其减薄。缩放管可强化管内外单相流体的传热,在同等流阻损失下,Re=1×104~1×105 范围内,传热量比光管增加 70%。 2.2.9 流体旋转法 这种强化技术主要用于单相流体管内强制对流换热, 使管内流体发生旋转运动。流体发生旋转可使贴近壁面的流体速度增加, 同时还改变了流体的流动结构, 加速了边界层流体的拢动及边界层流体和主流流体的混合,强化传热过程。提高了传热传热效率。 2.2.10 添加剂法 在流动液体中加入气体或固体颗粒、在气体中喷入液体或加入固体颗料, 都可起到强化单相流体强制换热的作用。这些强化传热的方法统称为添加剂法。,在水流中加入氮气的试验, 发现传热系数仅增大了 50 %; 在油中加入聚苯乙烯小球的试验也只是使换热系数增大40%左右。对空气中喷入液滴时的传热工况进行研究表明 ,如能在换热面上形成连续液膜,则换热系数最多可增加 30 倍。在气体中加入少量固体颗粒可以强化气体侧的传热。固体颗粒随气体一起流动, 可以减薄热阻最大的边界层厚度。 2.2.11 静电场法 在液体中加一静电场以强化单相流体的对流换热量是一种有吸引力的强化传热方法。这种方法对气体和液体的自然对流和强制对流都能产生一定的强化传热效应。 在静止流体中加上足够强度的静电场后, 会促使流体流动, 形成一股所谓的电晕风。它在一定条件下能强化单相流体的对流换热。采用静电场可使蒸发器的传热系数提高一个数量级,并克服油类介质对泡核沸腾的影响,也能使冷凝液膜产生波状失稳, 引起膜层减薄, 进而降低热阻,使传热系数增加 2 倍。 2.3 换热器管外强化传热措施 2.3.1 凝结管旋转法 使内壁粗糙的管束作旋转时凝结换热工况,这实际上是一种合成强化凝结方法,可使传热系数比不转动光管时提高 3.5倍。 2.3.2 采用螺旋槽法 螺旋槽管法是 一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。 螺旋槽管之所以能够强化传热,是螺旋槽使冷凝液膜产生附加的表面张力场,使平均冷凝液膜减薄,减少了冷凝传热热阻所致。研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前,无论是从传热、流阻、阻垢性能,还是从无相变对流换热和有相变凝结换热,对螺旋槽管的强化传热 研究从理论到实际已达到较高水平。 2.3.3 采用高性能翅片 原来为了增加换热面积,采用平片翅片,但效果不是最佳,现在采用波纹片、条形、双向条形翅片,其表面传热系数:波纹片比平片提高 20%,条形片比平片提高 65%,双向条形片比平片提高 85%。所以,换热器(冷凝器、蒸发器)管内采用螺旋槽,管外采用高性能的翅片进行强化传热,其传热系数要比光管套波纹片提高 65%。 2.3.4 采用锯齿形翅片和花瓣形翅片 锯齿形翅片与螺旋槽纹管相比,翅片距更密, 翅片外缘开有锯齿缺口,其传热面积更大,由于翅片顶部呈错开锯齿状,促进了冷凝液体的对流换热,是光滑管的 6 倍。花瓣形翅片是一种特殊的三维翅片结构强化传热管。其形状是翅片从翅顶到翅根都被割裂开,翅片侧面呈一定的弧线,从侧面看,各翅片成花瓣状。其肋化系数是光滑管的 2.5 倍,增大了换热面积,冷凝传热系数为普通滑管的 5~18 倍。 2.3.5采用 T 型 翅 片 管 T 型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状 T 型隧道。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核,由于在隧道腔内处于四周受热状态,气泡核迅速膨大充满内腔,持续受热使气泡内压力快速增大,促使气泡从管表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量,并产生一定的局部负压,使周围较低温度液体涌入 T 型隧道,形成持续不断的沸腾。这种沸腾方式在单位时间内,单位表面积上带走的热量远远大于光管,因而 这种管型具有较高的沸腾传热能力。传热效果好。在 R113 工质中 T 管的沸腾给热系数比光管高 1.6-3.3 倍。 2.3.6 采用低螺纹翅片管 低螺纹翅片管是普通换热管经轧制在其外表面形成螺纹翅片的一种高效换热管型,这种管型的强化作用是在管外。对介质的强化作用一方面体现在螺纹翅片增加了换热面积;另一方面是由于壳程介质流经螺纹管表面时,表面螺纹翅片对层流边层产生分割作用,减薄了边界层的厚度。而且表面形成的湍流也较光管强,进一步减薄边界层厚度。综合作用的结果,使该管型具有较高的换热能力。当这种管型用于蒸发时,可以增加单位表面上气泡形成的数量,提高沸腾传热能力;当用于冷凝时,螺纹翅片十分有利于管下端冷凝液的滴落,使液膜减薄,热阻减少,提高冷凝传热效率。 2.3.7 采用空心环支撑菱形翅片管 空心环支撑菱形翅片管换热器是以菱形翅片管为传热元件,折流板采用空心环式支撑结构形成的一种新型高效换热器。该换热器的菱形翅片管为带有周向非连续三维翅片的高效传热管,其传热强化性能优于带周向连续翅片的螺纹翅片管。当用于冷凝强化传热时,由于其三维翅片的特殊结构造成翅片表面液膜的表面张力分布不均 ,根部大,顶部小,液膜被拉向根部,使三维翅片表面的液膜厚度大幅度的减薄,热阻减小,使汽态介质和管外壁的换热能力增强,从而提高换热效果。当用于对流传热强化时,由于其翅片的非连续性,可对流体传热边界层产生周期性的破坏,使翅片表面传热边界层厚度有效减薄,降低边界滞留底层的传热阻力,提高换热效果。在低流阻条件下获得高的传热性能。 较光滑管比,其表面膜传热系数或对流膜传热系数提高 1-3倍。 2.3.8 采用三维管内、外肋法 三维内肋管是一种新型的强化换热管件,通过专用的工具,经过一定的方法对普通圆管内壁加工而成的高效强化传热元件。流体在管内受到三维肋的作用而使其热边界层的厚度减薄,从而提高对流传热膜系数。对于空气的管内换热,三维内肋管最高 可达相同工况下光管换热的 5.8倍,而对高Pr数的流体,其强化换热倍数可达更高值。就管内的凝结换热和沸腾换热而言,采用这种强化传热管,管内肋密度可变,管内、外肋化比可达 6,蒸发换热表面传热系数可达光管的 2~5 倍,冷凝器换热系数可达光管的 3~5 倍。 第三章 蒸发器冷凝器的优化方法 3.1 蒸发器的优化设计 研制采取了以下措施。第一,加大蒸发器的面积,采用大内径蒸发管、增加蒸发管长度及双管并行排列结构等,保证在低温或高温环境下有最佳的开停比,从而保证在一定环境温度下耗电最少。第二,设计高效蒸发器。蒸发器是由从上到下依次排列多个换热层片和连接所有换热层片的连接管组成的复合立体式结构[3],换热层片由多个并列S型制冷盘管构成,且在其盘管壁外侧固定套装翅片,大大增加了制冷盘管与空气间接触面积,如图1示。该蒸发器在不改变空调器结构情况下,大幅度增加蒸发面积,增加制冷量,使其快速达到规定要求,缩短压缩机工作时间,大幅降低能耗。第三,合理安排蒸发器位置和制冷剂走向。据室内自然对流情况,制冷剂流向采用逆流式换热,毛细管和回气管采用较长的并行锡焊或热塑工艺等,以提高换热效果。第四,通过理论计算和试验相结合方法,合理匹配蒸发器与冷凝器的传热面积,努力减空调器工作系数,避免过低蒸发压力和过高冷凝压力,达节能目的。 3.2冷凝器优化设计 在优化冷凝器设计中除合理增大冷凝面积外,还应充分考虑以下几点: 3.2.1设计横、竖盘管混排结构冷凝器:在冷凝器内为制冷剂气液两相状态,分析冷凝器中制冷剂流态变化和内、外部换热条件,横排管冷凝器的换热系数比竖排管冷凝器增加3倍以上,为加强流体扰动,破坏流动边界层,采用横、竖盘管相结合走向的冷凝器将会提高冷凝器换热效果,同时也可降低制冷剂流动噪声。 3.2.2丝管式冷凝器代替百叶窗式冷凝器:在其它条件不变情况下,丝管式冷凝器传热性能好,对应的制冷循环效率提高,能耗减小。 3.2.3改内藏式冷凝器为外挂式:外挂式冷凝器散热条件比内藏式冷凝器好得多,对降低冷凝温度和过冷温度十分有利,可有效节能降耗。 两大换热设备(蒸发器和冷凝器)中制冷剂管道的合理布置。两大换热设备换热能力的提高对提高系统制冷量,降低能耗十分重要,而换热能力的提高与其中制冷剂管道的合理布置紧密相关。项目研制中,冷藏室蒸发器双排并行盘管紧贴于内胆之上,冷冻室蒸发器采用分层立体结构。冷凝器设计为横、竖盘管混排结构,并采用外挂式。通过这些措施,大大增强了蒸发器与冷凝器的换热能力。 结语 通过改进换热器结构,采用多层排列的复合立体式蒸发器设计,改单一的竖排管排列为横、竖混合排列的丝管式外挂冷凝器,借助于电冰箱压缩机、冷凝器、蒸发器及毛细管的优化匹配,并且借助于制冷剂管路走向节能设计等措施,通过变温控制技术的优化设计,研制的BCD-186CHS直冷电冰箱最大负荷时日耗电0.39度,而在节能状态下耗电在0.35度以下,最低达0.31度。与同样大小固定冷冻室容积的直冷电冰箱相比,项目研制的电冰箱,既满足消费者对温区的多方需求,又显著节能降耗。 通过对以上三个方面的强化传热节能降耗技术的阐述,空调换热器节能降耗是大有可为,在能源消耗的设备中,节能是永恒的科研课题,人们总是希望花费能量的代价越少,获得的能量越多,才是最大的、最好的 COP。在空调换热器上我们希望花费的材质少,传热效率越高,换热器体积少,耗电少,成本降减,质量可靠,环保。这是科学家、企业家永恒的研究、解决的课题。在快速建设四个现代化强国的今天,节能减排,建设节约型社会,人人有责,人们在使用空调时控制适宜的温度,定期清洗过滤器、冷凝器、蒸发器,就能节约大量的能源。 参考文献 1 方言.空调技术与应用,2002,(7):34~35 2河南新飞电器有限公司.空调器蒸发器.中国,实用新型. 3 浅析 JAD 螺旋螺纹管换热器的节能高效. 4 王忠良 铁城“新型高效换热管——铜铝复合管”通过专家鉴定. 5 刘恒健 梁爱姣 管壳式换热器管程强化传热技术研究进展 辽宁化工 2006年 05 期 . 6 范慧敏 通风与空气调节工程 北京 :中国建筑工业出版社,1993 7 韩宝奇 制冷空调原理与应用 北京:机械工业出版社,1995 8 孙一坚 工业通风 北京 中国建筑工业出版社 ,1987 致谢 大学三年学习时光已经接近尾声,在此我想对我的母校,我的父母、亲人们,我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持;感谢我的母校辽宁石油化工大学给了我我在大学三年深造的机会,让我能继续学习和提高;感谢老师和同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢,课堂下的谆谆教诲;同学们在学习中的认真热情,生活上的热心主动,所有这些都让我的三年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助,其中我的论文指导老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题,我最先做得就是向老师寻求帮助,而老师每次不管忙或闲,总会抽空来找我面谈,然后一起商量解决的办法。 我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,论文提纲的确定,中期论文的修改,后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来,老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时,本片毕业论文的写作也得到了等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学,和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们,在此,我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学便是感谢!

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