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为了降低成本，并减少制冷剂充注量，小管径翅片管换热器（管径小于或等于5 mm）正在逐渐取代7mm或更大管径的换热器。当管径从7 mm减至5 mm，管路的截面积将减少49%，制冷剂充注量也相应减少。
然而，在空气侧，小管径换热器的翅片尺寸要小于大管径换热器的翅片，即减小了换热面积。另外，与管径密切相关的翅片间距也会减小，使得空气压降增加。在制冷剂侧，采用小管径管路会增加制冷剂压降，并减少管路换热面积。
因此，本文并提出小管径翅片管蒸发器的优化设计方法，包括翅片结构的设计以及制冷剂流路的设计，并对采用5 mm 管径蒸发器的空调器进行了实验测试。
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强化换热器换热的方法及热力计算
通过对翅片管式换热器的结构进行改进与优化设计,然后对其换热性能与改进前换热器进行对比计算,结果是改进后的换热器的传热系数得到了提高。
一、调整换热器的翅片间距,设计成为变翅片间距。
1、设计原理
当气流通过蒸发器时,由于空气中的水蒸气不断地在翅片管表面沉积,空气由于除湿作用相对湿度降低,沿气流方向翅片盘管表面结霜量是递减的,如果采取变片距结构,可以在结霜条件下保持其较高的传热效率,并延长其冲霜时间。当蒸发器采用变翅片间距结构时,实际上已构成了翅片的错列分布,当空气横掠错列翅片时,翅片的交错分布使得上游翅片对下游翅片有绕流作用,由于前面翅片的绕流,翅片的前半部分换热加强,后面的翅片的分布又使得流道变窄,流速提高,翅片后半部分的换热也得到强化。
2、变翅片间距的结构示意图及对比计算
由于该改进方案采用的是变翅片间距形式,在理论上可近似认为是错列翅片,因此在分析中可借用错列翅片的理论。图1 是所研究的流体纵掠错列翅片的一个二维模型,翅片间距为H ,厚度为t 。
由于该结构形式实际为错列翅片,当流体纵掠翅片时,气流在上游翅片先受到扰动,因此在前几排管上的翅片换热加强,当气流流经后几排管子时,由于流通截面迅速变窄,流速提高,使流体在原有的基础上又进一步受到挤压,扰动更加剧烈,因此通过后加上的一组翅片,使换热也得到了强化。
通过变翅片间距的结构改进,冷风机在外形尺寸即高度、宽度和管总长度不变的前提下,在结霜工况下运行时仍可保持较高的传热系数,且采用变翅片间距结构的冷风机比等翅片间距结构冷风机的传热系数提高了9. 8 % ,且传热面积有所提高,通过提高传热系数和传热面积从而达到强化传热的目的(图2) 。
对于翅片管式换热器,其传热系数的计算采用下列公式。式中: hi ,h0为管内制冷剂和管外空气侧换热系数(W/(m2·K) ) ; Fi, F0 为管内、外面积( m2 ) ; β为管内外面积比; ri , r0为管内、外表面的污垢系数( (m2·K) / W) ;λ为管壁导热率(W/ (m·K) ) ;η为肋化效率; di , d0为管子内/ 外径(m) 。对于制冷量Q0 =2. 67 kW 的制冷系统,经过结构改进,其热力性能计算结果如表1 所示。
二、加强管内流体流动,管内壁加工变螺距内螺纹。
1、设计原理
2、变间距内螺纹翅片管结构示意图及对比计算对等间距内螺纹翅片管换热器管内螺纹进行改进,由于管内有规则、连续的凸肋和凹槽发生改变,使之内表面积比等间距增大8. 4 %,传热系数增大3. 82 %,管内换热系数也增加了4. 89 %。等间距与变间距内螺纹管结构示意图如图3、图4 所 式中: f m为单位管长管子平均面积(m2 ) ; f i为单位管长管子内面积(m2) ; f 2为单位管长管子总外表面积(m2) ;αi为管内对流换热系数(W/ (m2· K) ) ;αw 为管外对流换热系数(W/ (m2· K) ) 。
对于汽车空调系统,当负荷Q0 = 4 kW ,其热力性能计算结果如表2 所示。
聊城浩泽SRZ型蒸汽换热器，是一种既适用于蒸汽系统、又适用于热水系统的空气换热器。对工作介质的要求：蒸汽（小于1.0MPa），热水（小于130度），适用场所：主要用于热风采暖、空气调节系统及干燥装置的空气加热，是热风装置中的主要设备。
GLII型蒸汽换热器，其适用介质可以为蒸汽，高温水，低温水和盐水，按标准生产，可避免受热膨胀及其它原因所造成的应力集中，整体热镀锌，耐高温、耐腐蚀。主要用于除湿，烘干系统的空气加热及大、中型采暖通风系统，或冷却空调系统的空气降温。
SRL型钢铝复合蒸汽换热气，由钢铝复合管整体轧制而成，其工作介质可以为蒸汽或热水，蒸汽的工用压力为0.3-8公斤/平方厘米，热水温度可在160-70度左右，广泛应用于工矿企业，各大型建筑的采暖通风系统中。
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