淺論蒸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性的論文

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1、淺論蒸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性的論文摘要：蒸發(fā)器是制冷和熱泵系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，其動(dòng)態(tài)特性的模擬預(yù)測和研究無論對蒸發(fā)器本身的設(shè)計(jì)、運(yùn)行還是對整個(gè)制冷熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化和控制都具有十分重要的意義。本文以逆流套管式蒸發(fā)器為研究對象，從其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)適當(dāng)假定，運(yùn)用質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程建立蒸發(fā)器的動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模型。用數(shù)值方法對模型方程進(jìn)行離散求解。得到并分析了動(dòng)態(tài)過程中蒸發(fā)器制冷劑側(cè)及水側(cè)各主要參數(shù)的沿程分布及其隨時(shí)間的變化情況?！　￡P(guān)鍵詞：蒸發(fā)器動(dòng)態(tài)模擬動(dòng)態(tài)分布參數(shù)　　　　0引言　　制冷與熱泵技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系越來越密切，尤其是近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，制冷和

2、熱泵行業(yè)發(fā)展迅速，與此同時(shí)也造成電耗、燃料消耗的大幅度增加，缺電、缺油、缺煤等信息見諸報(bào)端的頻率不斷升級。據(jù)統(tǒng)計(jì)，暖通空調(diào)能耗約占我國總能耗的22.75%，并有逐漸上升的趨勢。在我國經(jīng)濟(jì)保持快速增長的同時(shí)，重要能源的緊缺正逐步成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，因此，開發(fā)和研制高性能、低能耗的制冷、熱泵系統(tǒng)是該技術(shù)領(lǐng)域的重要課題之一，也是“可持續(xù)發(fā)展”國策的迫切要求。而蒸發(fā)器是制冷、熱泵裝置中最重要的組成部分之一，它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，因此，蒸發(fā)器的研究一直受到國內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注?！　≌舭l(fā)器動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模型的建立　　實(shí)際上，整個(gè)制冷、熱泵裝置均是在動(dòng)態(tài)下工作，

3、純粹的穩(wěn)態(tài)工況是不存在的。到目前為止，對制冷系統(tǒng)所建立的理論模型中大部分是基于穩(wěn)態(tài)工況下做出的。.為對整個(gè)制冷、熱泵系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程機(jī)理有充分的理解，提高系統(tǒng)各部件及系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)制冷、熱泵系統(tǒng)的最佳匹配及最優(yōu)控制等，必須建立能描述整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。作為制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備——換熱器仍是研究者們歷來研究的重點(diǎn)，其動(dòng)態(tài)性能對整個(gè)制冷、熱泵系統(tǒng)性能起至關(guān)重要的作用。因此，換熱器的動(dòng)態(tài)模型已成為整個(gè)制冷、熱泵系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。在制冷、熱泵裝置中，換熱器包括蒸發(fā)器和冷凝器，二者的研究有相似之處，但也有很大不同。比較而言，蒸發(fā)器的研究要比冷凝器復(fù)雜得多，它對

4、系統(tǒng)的影響更大，建模過程中要考慮的因素更多。蒸發(fā)器模型的建立主要有集中參數(shù)和分布參數(shù)兩種方法，前者具有計(jì)算速度快，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，通常用于定性分析；而后者具有計(jì)算精度高、結(jié)果可靠、能較好的反映研究對象真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，采用該方法建模具有現(xiàn)實(shí)意義。本文以套管式蒸發(fā)器為研究對象，采用分布參數(shù)法建立模型，模型中水與制冷劑間的換熱視為逆流換熱，蒸發(fā)器中制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，主要經(jīng)歷從兩相到過熱的過程，但為了增大模型的通用性、更加全面地研究蒸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性，在模型中考慮了過冷區(qū)以及過冷沸騰區(qū)?！　≡谀承┕r下，制冷劑雖經(jīng)膨脹閥后壓力下降，但仍有可能以過冷狀態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器。此時(shí)，制冷劑溫度

5、低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，管壁溫度也不高于該飽和溫度。隨著制冷劑不斷被加熱和所接觸的管壁溫度越來越高，制冷劑將進(jìn)入過冷沸騰狀態(tài)，在此區(qū)域中，雖然制冷劑的主流溫度還低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，而管壁溫度已高于該飽和溫度。在制冷劑貼近管壁的地方會(huì)產(chǎn)生少量小氣泡，在其進(jìn)入主流的過程中又迅速消失。這樣，在這一區(qū)域的換熱系數(shù)就要高于純粹的過冷區(qū)。當(dāng)制冷劑的主流溫度達(dá)到相應(yīng)壓力下的飽和溫度時(shí)，產(chǎn)生的氣泡越來越多并且不再消失，換熱系數(shù)也在迅速增大，這就是所謂的核態(tài)沸騰?！　《舭l(fā)器動(dòng)態(tài)參數(shù)模型的建立包括管內(nèi)制冷劑側(cè)、金屬管壁和管外水側(cè)三部分。在建立蒸發(fā)器的動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模型方程時(shí)先做以下假設(shè)

6、：①制冷劑在管內(nèi)為一維流動(dòng)；②忽略制冷劑的軸向?qū)?；③忽略重力對制冷劑流?dòng)的影響；④不考慮制冷劑的粘性耗散效應(yīng)；⑤管外水的流動(dòng)亦視為一維流動(dòng)，且忽略水側(cè)的壓降；⑥不計(jì)管壁徑向熱阻；⑦套管外壁保溫良好，其散熱損失視為零?！　≡谟行Ъ僭O(shè)的情況下，引入邊界條件，邊界條件的引入是為了確定微分方程具體解的形式，對于數(shù)值計(jì)算，正確的給定邊界條件也是很重要的。在蒸發(fā)器的動(dòng)態(tài)模擬中，制冷劑側(cè)的邊界條件為：進(jìn)口壓力p，進(jìn)口焓hr，進(jìn)口流量gr；水側(cè)的邊界條件為：進(jìn)口溫度ta法求解制冷劑側(cè)能量方程　　就可獲得一組新的焓值。這里，同樣需要對焓hr進(jìn)行循環(huán)迭代直至收斂。然后根據(jù)水側(cè)熱物性和已知的水

7、流量ga法求解水側(cè)能量方程而得到管外冷凍水的溫度tw分布。利用前面所得的銅管內(nèi)、外側(cè)換熱系數(shù)與制冷劑、水的溫度，并結(jié)合銅管熱物性，用同樣方法得到新的管壁溫度tp分布。比較“新”、“舊”tp值，不斷循環(huán)迭代，直至收斂。對于蒸發(fā)器的某一個(gè)或幾個(gè)入口參數(shù)改變后的動(dòng)態(tài)問題來講，還要對穩(wěn)態(tài)工況2（即時(shí)間t的狀態(tài)）進(jìn)行以上的求解過程，將其作為經(jīng)過每個(gè)時(shí)間步長計(jì)算結(jié)果的比較依據(jù)。另外，在非穩(wěn)態(tài)條件下壓力的循環(huán)求解中，制冷劑沿程各點(diǎn)的流量由于會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)沸騰現(xiàn)象，可能不再是定值，但仍應(yīng)滿足連續(xù)性方程。因?yàn)樵诜匠痰碾x散過程中采用的是全