空氣源熱泵冷熱水機組空氣側(cè)換熱器結(jié)霜工況的動態(tài)模擬

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1、空氣源熱泵冷熱水機組空氣側(cè)換熱器結(jié)霜工況的動態(tài)模擬摘要采用空氣源熱泵冷熱水機組的動態(tài)數(shù)學模型對空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜工況進行了模擬。模擬中同時考慮了結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化，首次提出了結(jié)霜密度隨時間的變化關(guān)系式。計算了不同工況下的結(jié)霜速度、霜的密度、霜的厚度隨時間的變化。將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，進一步驗證了所建模型的正確性?！　￡P(guān)鍵詞空氣源熱泵冷熱水機組結(jié)霜動態(tài)模擬1前言　　空氣源熱泵冷熱水機組作業(yè)中央空調(diào)的冷熱源有很多優(yōu)勢，如冬夏共用，設(shè)備利用率高；省去了鍋爐房和一套冷卻水系統(tǒng)；機組可安裝在室外，節(jié)省了機房的建筑面積；不污染環(huán)境等。因此該

2、機組在氣候適宜地區(qū)的中小型建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。但機組在冬季運行時，當空氣側(cè)換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時，換熱器表面就會結(jié)霜。結(jié)霜后換熱器的傳熱效果急劇惡化，嚴重時機組會停止運行。因此換熱器結(jié)霜是影響機組應(yīng)用和發(fā)展的主要問題，研究機組在結(jié)霜工況下的工作性能具有十分重要的意義?！　?．結(jié)霜模型的建立　　　　霜的積累速率是由進出室外換熱器空氣濕度的變化決定的：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）　　式中：----空氣的質(zhì)量流量，kg/s；　　　　　di，d0----分別為空氣進、出換熱器的含濕量，kg/kg?！　∮捎谒?/p>

3、多孔性和分子擴散作用，在表面溫度低于0℃的換熱器上沉降為霜的水分一部分用以提高霜層的厚度，一部分用以增加霜的密度[1]，即　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）　　式中用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率由下式確定[2]：　　　　　　　　　　　　　　　?。?）　　式中：----換熱器的全熱交換量，·K）；　　　　　R----水蒸氣的氣體常數(shù)，461.9/（kg·K）；　　　　　TS----霜表面的溫度，K；　　　　　pV----水蒸氣的分壓力，Pa；　　　　　vV,vi----分別為水蒸氣、冰的比容，kg/m3。　　　　　ρfr，ρi----分

4、別為霜、冰的密度，m3/kg；　　　　　DS----霜表面水蒸氣的擴散系數(shù)，m2/s?！　《拿芏圈裦r與換熱器表面的溫度、空氣的溫度、相對濕度、流速和結(jié)霜的時間等有關(guān)，結(jié)霜時間越長，霜的密度越大。計算時，先假設(shè)一個初始密度，由下式計算霜的導熱系數(shù)，再計算霜密度和厚度的變化。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）　　對于每一個時間步長Δt，霜密度的變化和厚度的變化為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）　　式中：At----換熱器的總換熱面積，m2；　　　　

5、　δt----霜層的厚度，m?！　?模型的求解　　　　我們對空氣側(cè)換熱器后個換熱單元在不同工況下的結(jié)霜情況進行了模擬計算，該單元的結(jié)霜情況可以反映出整個換熱器的結(jié)霜情況?？諝鈧?cè)換熱器由160個這種換熱單元組成。計算的換熱器單元結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1，計算工況見表2。　　　　　　　　　　　換熱器單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1管　　材銅管　徑Φ×0.15風向管排數(shù)4迎風管排數(shù)20管間距S125.4管間距S222mm翅片材料鋁片　型波紋片片　厚0.2mm片　間　距2.0mm翅化系數(shù)17.8單根管長16m分液路數(shù)10　　　　　　在

6、求解結(jié)霜的動態(tài)模型時，必須考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化，但在以往的結(jié)霜量計算中，均未同時考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化。如Д.А.Чирен-ко[3]建立了空冷器上結(jié)霜的數(shù)學模型，并將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較。由于假設(shè)霜層均勻分布，且霜的厚度隨時間線性增加，而霜的密度不隨時間變化，使得模擬霜的厚度比實驗值大20%～30%?！　　　　　　　　　　　　∮嬎愎r　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2工況編號空氣溫度（℃）相對濕度（%）風量（m3/h）蒸發(fā)溫度（℃）過熱水度（℃）冷凝溫度（℃）過冷度（℃）制冷劑流量（kg/s

7、）1A0651062-1355050.0096B0751062-1355050.0096C0851062-1355050.00962D-4651062-1355050.00816E-4751062-1355050.00816F-4851062-1355050.00816　　本文根據(jù)一些實驗數(shù)據(jù)和結(jié)霜密度的變化規(guī)律，首次提出了結(jié)霜密度隨時間的變化關(guān)系式，并認為在剛開始結(jié)霜時，結(jié)霜量度要是增加霜的厚度，而密度變化很小。隨著時間的推移，霜厚度的增加變緩，而密度變化增加，而且霜的密度隨時間呈拋物線規(guī)律變化。　　由穩(wěn)態(tài)模型和公式（3），可以計算出用于霜密度變

8、化的結(jié)霜量變化率，并把這一值認為是結(jié)霜終了時霜密度的變化。根據(jù)霜的密度隨時間呈拋物線的變化規(guī)律以及一些實驗數(shù)據(jù)，擬合出了霜