一种通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法
【专利摘要】一种通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法，首先，选择合适的组合管径空调换热器类型和安装方式，通过参考组合管径空调换热器的几何结构参数与使用工况，建立通用的换热器物理模型。其次，在换热器模型的基础上，对换热器进行网格划分，并针对变管径换热器的不同流路配置，实现了该类型换热器不同管径流路连接网络的计算模型。再次，设计了一种准确定位管内工质由单相变为两相和由两相变为单相的相变界面的方法。最后，通过对已有大量翅片侧和管内侧单相及两相流动和换热关联式的修正，迭代计算获得组合管径空调换热器翅片侧的流动和换热性能，以及管内侧流路上任意位置的温度、压力、干度和换热性能。
【专利说明】一种通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换热器的设计方法，具体涉及一种通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法。
【背景技术】
[0002]近年来受家电领域减少成本，降低能耗，环保低碳等多方面要求的影响，组合管径家用空调的开发和应用受到越来越多的关注。组合管径是指空调两器(冷凝器、蒸发器)中同时采用两种或多种不同管径的换热管，其中主要是常规大管径和小管径的组合使用。小管径比一般家用空调换热器管径(如7?IOmm)更小，目前国内小管径开发多采用4?5mm的光管和强化管。
[0003]由于管径的减小，与传统大管径空调相比，组合管径空调材料消耗更少，重量更轻。相同功率的换热器，组合管径比大管径通常节省20%以上成本。同时，组合管径空调的制冷剂充灌量相比大管径也显著降低，通常减少20?30%。与同样视为传统大管径空调替代方案的铝制微通道空调相比，组合管径空调采用铜管，具有加工制造过程中能耗低，碳排放少的优势。同时铜材本身的杀菌和耐腐蚀等特点，可满足空气质量要求较高(如医院)或其他特殊场合的应用需求。
[0004]组合管径换热器管内流动阻力相对大管径较高，进而对于换热器流路布置的设计要求更高，要在保证换热功率的同时尽量减低制冷剂压降。因此，在组合管径空调的研发中，大量工作在于流路布置设计和性能预测。采用传统试验手段周期长、效率低、成本高。因此需要研究一种能够迅速有效地进行流路布置和性能预测，提高了研发效率，减低了开发成本的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能够迅速有效地进行流路布置和性能预测，提高研发效率，减低开发成本的通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]I)确定待设计的换热设备的热负荷与泵功率；
[0008]2)确定结构参数
[0009]根据空调换热设备的类型和安装方式，及实际需要设计空调换热器的几何结构；
[0010]3)确定换热管和翅片的材质以及管内制冷剂工质参数
[0011]根据不同应用场合的空调换热设备，确定换热管及翅片的材质，及管内制冷剂工质；
[0012]4)确定运行参数
[0013]根据换热设备的实际使用工况及换热设备类型，确定换热器的运行参数；
[0014]5)按纯逆流原则和重力影响原则，预估空调换热设备的流路布置型式；
[0015]6)对换热设备进行网格划分[0016]以换热设备的每根换热管为计算对象，沿管长将其离散为若干计算单元，其长度选取应至少大于一个翅片间距，划分后的每个计算网格可以视为一个独立的交叉流动换热设备；
[0017]7)翅片侧计算关联式
[0018](I)计算换热j因子
[0019]当管排数为I排时:
(P ?1 ( P λ WU ( P 0.786 f P ~
[0020]/ = 0.108^°-29 2 2 」L」L
^PD DP
Kι J KijO J\rt J [0021]其中
[0022]= 1.9- 0.23 1gi, (Rel' )
[0023]= -0.236 -l.0.126 iog‘.W,))
[0024]当管排数为2排或2排以上时:
i Fi F ? i F93
[0025]j = 0M6Re^NP*^
c UJ UJ UJ
[0026]其中
O 042 Nf F、α41
[0027]P1 =-0.361——-——— + 0.158 1ge N
log為) ' Jly
(P Y42
0.076
[0028]I D1
P4 =-1.224--V hJ
1K~)
0OW
[0029]Ps=-0.083 + ]-^
f Jle、
[0030]P6 =-5.735+ 1.21ge ~—
I N J
[0031](2)计算阻力f因子
(ρψ (F \Fi
[0032]/ = OmeiRep1I
Dc P )
\JU V1^c J
[0033]其中
I)]<' Q AQ7^0
[0034]f =-0.764 + 0.739 二+ 0.1772__:_L_
L 」 I/;I).N.._ ,(w、 64.021
[0035]F =-15.689 + --——--
^gJRe,,)[0036]
【权利要求】
1.一种通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法，其特征在于，设计步骤如下: .1)确定待设计的换热设备的热负荷与泵功率； .2)确定结构参数 根据空调换热设备的类型和安装方式，及实际需要设计空调换热器的几何结构； .3)确定换热管和翅片的材质以及管内制冷剂工质参数 根据不同应用场合的空调换热设备，确定换热管及翅片的材质，及管内制冷剂工质； . 4)确定运行参数 根据换热设备的实际使用工况及换热设备类型，确定换热器的运行参数； .5)按纯逆流原则和重力影响原则，预估空调换热设备的流路布置型式； .6)对换热设备进行网格划分 以换热设备的每根换热管为计算对象，沿管长将其离散为若干计算单元，其长度选取应至少大于一个翅片间距，划分后的每个计算网格可以视为一个独立的交叉流动换热设备; .7)翅片侧计算关联式 (I)计算换热j因子 当管排数为I排时:
2.根据权利要求1所述的通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法，其特征在于:所述步骤2)确定结构参数如下: (1)确定换热设备的整体参数 换热器类型即蒸发器或冷凝器，换热器布置倾角O~90°和管排型式顺排或叉排，若管排型式为叉排需确定奇数排高位或偶数排高位； (2)确定换热管的参数 换热管长度，管排数，每排管数，管间距，管排间距，每排换热管的管径组合和换热管类型； (3)确定翅片的参数 翅片厚度，翅片间距，翅片类型即平直翅片、波纹翅片或开缝翅片。
3.根据权利要求1所述的通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法，其特征在于:所述的步骤3)确定材料和工质参数包括: (O换热管和翅片的材质:铜、铝或不锈钢； (2)管内制冷剂工质:甲烧；乙烧；丙烷；丁烧；异丁烧；丙烯；氣；氮；氧;二氧化碳；氩；R11 ；R12 ；R13 ；R14 ；R22 ；R23 ；R32 ；R41 ；R113 ；R114 ；R115 ；R116 ；R123 ；R124 ；R125 ；R134a ；R141b ；R142b ；R143a ；R152a ；R218 ；R227ea ；r236ea ；R236fa ；R245ca ；R245fa ；RC318 ;水。
4.根据权利要求1所述的通用型组合管径空调换热设备流路的设计方法，其特征在于:所述的步骤4)确定运行参数包括: O管内侧运行参数 管内制冷剂工质流量；入口温度；入口压力和入口干度； 2)翅片侧运行参数 空气迎风速度；入口干球温度；入口湿球温度和大气压力。
【文档编号】F24F13/30GK103542621SQ201310445420
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】何雅玲, 王煜, 李明佳, 陶文铨 申请人:西安交通大学