【壓縮機網】今天要分享給大家的是思科普做冷柜測試時引入的模擬計算方法，是在傳統(tǒng)測試的基礎上融合進模擬計算，從而達到快速而有效地優(yōu)化實驗范圍的目的。

 

　　提問：什么是 換熱器模擬計算模型？

 

　　解答：本文中涉及的換熱器特指輕型商用領域制冷系統(tǒng)中的銅管翅片式冷凝器和蒸發(fā)器。它們是制冷系統(tǒng)必不可少的元器件，冷媒在冷凝器中完成由氣態(tài)轉化為液態(tài)的相變過程，向外界環(huán)境放出熱量；在蒸發(fā)器中完成從液態(tài)轉化為氣態(tài)的相變過程，吸收用冷環(huán)境的熱量達到制冷的目的。

 

　　冷凝器和蒸發(fā)器的選型包括銅管內外徑的尺寸、管路數(shù)量、管路布置形式、翅片間隙以及換熱風扇的風量等。選型的結果對應換熱面積和空氣流速的大小，他們對壓縮機輸出的制冷量和換熱效率有著至關重要的影響。

 

　　此模擬計算模型在已知系統(tǒng)運行工況（如蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷溫度、吸氣溫度）和壓縮機制冷量的的條件下，通過制冷系統(tǒng)熱力計算得到冷媒在各狀態(tài)點的參數(shù)，再結合冷凝器和蒸發(fā)器的尺寸計算出需求的管路數(shù)。此結果可用于評估現(xiàn)使用的翅片換熱器的面積是否合理或作為初步換熱器選型的依據(jù)。具體描述如圖1。

　　1、計算過程及原理

　　模型計算模型根據(jù)空氣型干式換熱器的傳熱原理，即換熱量等于換熱系數(shù)*換熱面積*換熱溫差（Q=K×F×△t）。其中換熱溫差為管內側冷媒溫度和管外側空氣溫度的對數(shù)平均溫差，換熱面積以翅片測總表面積為基準。模型計算過程如圖2所示。

　　圖2.換熱器模型計算過程

 

　　2、工具運行界面介紹

　　2.1總述

　　模型計算工具使用Excel進行數(shù)據(jù)輸入和計算，主要分為三個模塊：熱力計算，蒸發(fā)器面積計算和冷凝器面積計算，如圖3所示。Excel必須內嵌Refilb軟件，否則無法完成計算。具體安裝方法請咨詢SECOP應用技術團隊。

　　2.2參數(shù)分類

　　在整個計算模型中的參數(shù)可分為4類，如圖4所示：

　　2.3熱力計算

　　將制冷系統(tǒng)運行工況輸入到對應的界面中，根據(jù)熱力計算得出在冷媒各運行點的參數(shù)，計算結果將用于后面蒸發(fā)器和冷凝器界面管內側換熱系數(shù)的計算。在計算模型中假設毛細管和回氣管固定在一起用于內部熱交換。

 

　　計算得出的主要參數(shù)有：溫度、焓值、密度、熵值。制冷系統(tǒng)中主要運行點如表1所示。制冷系統(tǒng)運行原理圖如圖5所示。

　　圖5. 制冷系統(tǒng)原理圖

 

　　如圖6所示，首先輸入使用的制冷劑，然后在熱力計算界面運行工況部分輸入系統(tǒng)運行的吸氣壓力、吸氣溫度、排氣壓力和過冷溫度。有實驗數(shù)據(jù)則按照測試結果輸入。如果無測試結果，可按照經驗值輸入，如表2所示。

　　圖6. 熱力計算界面參數(shù)輸入

　　表2. 制冷系統(tǒng)原理圖

 

　　圖7為內部熱交換計算模塊，在模塊中填充紅色部分需要填入熱交換效率，換熱效率與毛細管和回氣管的接觸程度密切相關，輸入?yún)?shù)推薦如表3所示。

　　圖7. 內部熱交換界面

　　表3. 內部熱交換效率推薦值

 

　　當所有特征點的參數(shù)計算完成后，結果將繪制在壓焓圖上，如圖8所示。

　　圖8. 運行工況點計算結果

 

　　2.4蒸發(fā)器計算

　　蒸發(fā)器尺寸計算界面分為5個模塊：

　　◆管內側制冷劑的換熱系數(shù)

　　◆管外側空氣換熱系數(shù) 

　　◆蒸發(fā)器設計尺寸

　　◆總換熱系數(shù)

　　◆需求管路數(shù)

　　圖9為管內側換熱系數(shù)計算界面，填充灰色部分需要手動輸入。計算得出的管內側換熱系數(shù)將用于總換熱系數(shù)的計算。

　　圖10為管外側空氣換熱系數(shù)計算界面，填充灰色部分需要手動輸入。計算得出的管外側換熱系數(shù)將用于總換熱系數(shù)的計算。

　　圖12為蒸發(fā)器設計尺寸計算界面，填充灰色部分需要手動輸入。主要目的為計算出的管內外側的表面積比，將用于最終需求管路數(shù)的計算。

　　在計算界面中需要輸入翅片蒸發(fā)器的特征尺寸，包括：

　　◆換熱管間水平距離：H1

　　◆換熱管間垂直距離：H2

　　◆管外徑：do

　　◆管內徑：di

　　◆翅片厚度：δ

　　◆翅片間距：df

　　◆單根管長：L

　　◆管路數(shù)：N

　　具體描述請見圖13。

　　圖13. 翅片蒸發(fā)器特征尺寸

 

　　圖14為總換熱系數(shù)計算界面。選擇管路材質后會自動對應管路的導熱系數(shù)，再結合之前計算得出的管內側換熱系數(shù)、管外側換熱系數(shù)和翅片效率計算出總換熱系數(shù)。

　　圖14. 總換熱系數(shù)計算界面

 

　　最終經過圖15所示的理論需求管路數(shù)計算界面得出蒸發(fā)器內表面積和管路數(shù)推薦值。在計算時需要輸入蒸發(fā)器出風溫度和回風溫度，可輸入根據(jù)實際布點后測試的溫度。如果沒有測試數(shù)據(jù)一般情況下蒸發(fā)器回風溫度等于柜內設計溫度或溫控器設定溫度，蒸發(fā)出風溫度取大于蒸發(fā)溫度5-8℃（取大值時得出內表面積也會相應大些）。

 

　　計算得出的理論管路數(shù)可與圖12中的實際管路數(shù)進行對比用以調整蒸發(fā)器的設計。若計算前沒有選好蒸發(fā)器該參數(shù)可作為蒸發(fā)器設計的初步選型結果。

　　圖15. 理論需求管路數(shù)計算界面

 

　　2.5冷凝器器計算

　　冷凝器尺寸計算與蒸發(fā)器尺寸計算的原理相同，所以計算界面也基本相同，分為5個模塊：

　　◆管內側制冷劑的換熱系數(shù)

　　◆管外側空氣換熱系數(shù) 

　　◆蒸發(fā)器設計尺寸

　　◆總換熱系數(shù)

　　◆需求管路數(shù)

　　具體使用方法同蒸發(fā)器部分。這里指介紹差異的部分。

　　在進行管外側空氣換熱系數(shù)計算時，對于冷凝器由于風扇規(guī)格大于蒸發(fā)器風扇，翅片最窄處的空氣流速會較蒸發(fā)器大些，推薦值為4-6m/s。計算界面如圖16所示。

　　圖16. 冷凝器管外側換熱系數(shù)計算界面

 

　　在理論需求管路數(shù)計算界面，出風溫度和回風溫度的輸入推薦值，對于冷凝器回風溫度取室外環(huán)境溫度；出風溫度取小于冷凝溫度6-8℃（取值越大得出的內表面積值越大），如圖17所示.

來源：思科普