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结霜工况下风冷热泵翅片管蒸发器传热特性分析
作者:管理员    发布于:2016-10-13 09:24:57    文字:【】【】【

  冬季运行中的风冷热泵蒸发器翅片管的结霜使得蒸发器传热特性发生变化,从而影响整个热泵系统的工作状况。目前对结霜工况下风冷热泵翅片管蒸发器传热特性的理论研究主要是Sanders、Kondepudi提出的结霜工况下翅片效率表达式以及包含析湿系数的翅片效率形式。Sanders推导翅片效率和翅片温度时未明确考虑空气相对湿度的影响;Kondepudi采用了传热传质的综合换热系数a实际过程中a如何得到尚需研究;包含析湿系数的公式认为霜表面温度等于翅基表面温度,事实并非如此。本文拟克服上述不足之处,推导出更符合真实物理现象的翅片温度分布、翅片导热量和翅片效率的公式,以获得结霜工况下风冷热泵翅片管蒸发器更准确的传热特性。

  2结霜工况下翅片管传热传质公式推导2.1假设条件本文研究的重点是在一定厚度的霜层作用下,蒸发器翅片的传热传质特性。为此,本文作以下假设:(1)结霜过程为准静态过程,霜层厚度处处相等,并远小于翅片高度。

  (3)翅片的传热沿翅片方向,霜层的传热垂直于翅片表面。

  22翅片管传热传质对所示的翅片,霜层传入翅片的热量可作内热源处理,在翅片方向取微元dx其导热微分方程为:其中一翅片表面温度,°c一霜层外表面温度,°c一单位体积霜层传入翅片热量,kJ/m3入一翅片导热系数,WAm*C)一霜层导热系数,WAmC)流体机械U翅片周长,m A翅片截面积,m2备霜层厚度,m霜厚8*图i单位面积霜层的能量方程如下:以上各式表明:结霜工况下翅片的温度分布、传热量、翅片效率公式形式与干工况相似。不同的是m的表达式,且式(7)、(8)中的Y是空气焓与翅片温度相对应的饱和空气焓之差。说明推动湿空气与翅片进行热、湿交换的动力是焓差,而不是温差。翅片温度分布及传热量除了受霜层厚度、霜层导热系数影响外还与空气焓有关。空气焓是空气温度、相对湿度的函数。翅片效率与霜层厚度、霜层导热系数有关,与空气焓无关。

  z析湿系数由可知:hs霜表面饱和空气焓,kj/kgCp空气定压比热,kjAkg.c)~10C饱和空气焓与温度的关系进行线性拟合,得:将~(5)代入式(1)中,令:不同的霜层厚度下的分布曲线。中霜层厚度一定时,翅片温度与相对湿度近似成线性关系。相对湿度越高,翅片温度也越高。相对湿度一定时,f愈大,霜层热阻愈大,翅片温度愈接近翅基温度。

  是翅片结霜条件下的传热量与湿工况无霜时传热量的比值随霜层厚度变化的曲线。

  Q有霜/Q无霜与相对湿度无关,只与霜层厚度争有关。务愈大,Q有霜/Q无霜下降愈缓慢。

  是翅片效率曲线。从图中可见,翅片效率随霜层厚度增加而增大,即霜层越厚,翅片实际换热量越接近翅片处于翅基温度下的换热量。翅片效率与相对湿度无关,这是由于本文对饱和空气焓作了线性处理。由空气含湿量之差引起的传质换热通过引入析湿系数〖而折算为温差换热。计算翅片效率时,温差作为公约数被约去,使得翅片效率与相对湿度无关。

  4结论在对饱和空气焓作了线性处理的基础上,考虑到Sanders、Kondepudi及包含析湿系数公式的不足之处,推导出结霜工况下翅片温度分布、翅片传热量和翅片效率的公式。翅片温度分布与霜层厚度、空气焓有关。空气温度和霜层厚度一定时,翅片温度的变化随相对湿度增高而增大;相对湿度一定时,霜层越厚,翅片温度的变化所受影响越小。翅片在结霜工况下传热量受霜层厚度、空气焓制约,但结霜工况下传热量与湿工况无霜时的传热量的比值与空气焓无关,该比值随霜层厚度增高而下降。翅片效率与霜层厚度有关,与相对湿度无关,霜层越厚,翅片效率越高。

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