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    知識(shí)分享:思科普壓縮機(jī)換熱器尺寸模擬計(jì)算

      【壓縮機(jī)網(wǎng)】今天要分享給大家的是思科普做冷柜測試時(shí)引入的模擬計(jì)算方法,是在傳統(tǒng)測試的基礎(chǔ)上融合進(jìn)模擬計(jì)算,從而達(dá)到快速而有效地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)范圍的目的。
     
      提問:什么是 換熱器模擬計(jì)算模型?
     
      解答:本文中涉及的換熱器特指輕型商用領(lǐng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為氣態(tài)的相變過程,吸收用冷環(huán)境的熱量達(dá)到制冷的目的。
     
      冷凝器和蒸發(fā)器的選型包括銅管內(nèi)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(fēng)扇的風(fēng)量等。選型的結(jié)果對(duì)應(yīng)換熱面積和空氣流速的大小,他們對(duì)壓縮機(jī)輸出的制冷量和換熱效率有著至關(guān)重要的影響。
     
      此模擬計(jì)算模型在已知系統(tǒng)運(yùn)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(jī)制冷量的的條件下,通過制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算得到冷媒在各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù),再結(jié)合冷凝器和蒸發(fā)器的尺寸計(jì)算出需求的管路數(shù)。此結(jié)果可用于評(píng)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。
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      1、計(jì)算過程及原理
      模型計(jì)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(nèi)側(cè)冷媒溫度和管外側(cè)空氣溫度的對(duì)數(shù)平均溫差,換熱面積以翅片測總表面積為基準(zhǔn)。模型計(jì)算過程如圖2所示。
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      圖2.換熱器模型計(jì)算過程
     
      2、工具運(yùn)行界面介紹
      2.1總述
      模型計(jì)算工具使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算,主要分為三個(gè)模塊:熱力計(jì)算,蒸發(fā)器面積計(jì)算和冷凝器面積計(jì)算,如圖3所示。Excel必須內(nèi)嵌Refilb軟件,否則無法完成計(jì)算。具體安裝方法請(qǐng)咨詢SECOP應(yīng)用技術(shù)團(tuán)隊(duì)。
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      2.2參數(shù)分類
      在整個(gè)計(jì)算模型中的參數(shù)可分為4類,如圖4所示:
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      2.3熱力計(jì)算
      將制冷系統(tǒng)運(yùn)行工況輸入到對(duì)應(yīng)的界面中,根據(jù)熱力計(jì)算得出在冷媒各運(yùn)行點(diǎn)的參數(shù),計(jì)算結(jié)果將用于后面蒸發(fā)器和冷凝器界面管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算。在計(jì)算模型中假設(shè)毛細(xì)管和回氣管固定在一起用于內(nèi)部熱交換。
     
      計(jì)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(yùn)行點(diǎn)如表1所示。制冷系統(tǒng)運(yùn)行原理圖如圖5所示。
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      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(jì)算界面運(yùn)行工況部分輸入系統(tǒng)運(yùn)行的吸氣壓力、吸氣溫度、排氣壓力和過冷溫度。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則按照測試結(jié)果輸入。如果無測試結(jié)果,可按照經(jīng)驗(yàn)值輸入,如表2所示。
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      圖6. 熱力計(jì)算界面參數(shù)輸入
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      表2. 制冷系統(tǒng)原理圖
     
      圖7為內(nèi)部熱交換計(jì)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(xì)管和回氣管的接觸程度密切相關(guān),輸入?yún)?shù)推薦如表3所示。
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      圖7. 內(nèi)部熱交換界面
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      表3. 內(nèi)部熱交換效率推薦值
     
      當(dāng)所有特征點(diǎn)的參數(shù)計(jì)算完成后,結(jié)果將繪制在壓焓圖上,如圖8所示。
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      圖8. 運(yùn)行工況點(diǎn)計(jì)算結(jié)果
     
      2.4蒸發(fā)器計(jì)算
      蒸發(fā)器尺寸計(jì)算界面分為5個(gè)模塊:
      ◆管內(nèi)側(cè)制冷劑的換熱系數(shù)
      ◆管外側(cè)空氣換熱系數(shù) 
      ◆蒸發(fā)器設(shè)計(jì)尺寸
      ◆總換熱系數(shù)
      ◆需求管路數(shù)
      圖9為管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)計(jì)算界面,填充灰色部分需要手動(dòng)輸入。計(jì)算得出的管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)將用于總換熱系數(shù)的計(jì)算。
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      圖10為管外側(cè)空氣換熱系數(shù)計(jì)算界面,填充灰色部分需要手動(dòng)輸入。計(jì)算得出的管外側(cè)換熱系數(shù)將用于總換熱系數(shù)的計(jì)算。
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      圖12為蒸發(fā)器設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算界面,填充灰色部分需要手動(dòng)輸入。主要目的為計(jì)算出的管內(nèi)外側(cè)的表面積比,將用于最終需求管路數(shù)的計(jì)算。
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      在計(jì)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(nèi)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(qǐng)見圖13。
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      圖13. 翅片蒸發(fā)器特征尺寸
     
      圖14為總換熱系數(shù)計(jì)算界面。選擇管路材質(zhì)后會(huì)自動(dòng)對(duì)應(yīng)管路的導(dǎo)熱系數(shù),再結(jié)合之前計(jì)算得出的管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)、管外側(cè)換熱系數(shù)和翅片效率計(jì)算出總換熱系數(shù)。
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      圖14. 總換熱系數(shù)計(jì)算界面
     
      最終經(jīng)過圖15所示的理論需求管路數(shù)計(jì)算界面得出蒸發(fā)器內(nèi)表面積和管路數(shù)推薦值。在計(jì)算時(shí)需要輸入蒸發(fā)器出風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度,可輸入根據(jù)實(shí)際布點(diǎn)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(fēng)溫度等于柜內(nèi)設(shè)計(jì)溫度或溫控器設(shè)定溫度,蒸發(fā)出風(fēng)溫度取大于蒸發(fā)溫度5-8℃(取大值時(shí)得出內(nèi)表面積也會(huì)相應(yīng)大些)。
     
      計(jì)算得出的理論管路數(shù)可與圖12中的實(shí)際管路數(shù)進(jìn)行對(duì)比用以調(diào)整蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)。若計(jì)算前沒有選好蒸發(fā)器該參數(shù)可作為蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的初步選型結(jié)果。
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      圖15. 理論需求管路數(shù)計(jì)算界面
     
      2.5冷凝器器計(jì)算
      冷凝器尺寸計(jì)算與蒸發(fā)器尺寸計(jì)算的原理相同,所以計(jì)算界面也基本相同,分為5個(gè)模塊:
      ◆管內(nèi)側(cè)制冷劑的換熱系數(shù)
      ◆管外側(cè)空氣換熱系數(shù) 
      ◆蒸發(fā)器設(shè)計(jì)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(jìn)行管外側(cè)空氣換熱系數(shù)計(jì)算時(shí),對(duì)于冷凝器由于風(fēng)扇規(guī)格大于蒸發(fā)器風(fēng)扇,翅片最窄處的空氣流速會(huì)較蒸發(fā)器大些,推薦值為4-6m/s。計(jì)算界面如圖16所示。
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      圖16. 冷凝器管外側(cè)換熱系數(shù)計(jì)算界面
     
      在理論需求管路數(shù)計(jì)算界面,出風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度的輸入推薦值,對(duì)于冷凝器回風(fēng)溫度取室外環(huán)境溫度;出風(fēng)溫度取小于冷凝溫度6-8℃(取值越大得出的內(nèi)表面積值越大),如圖17所示.
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    來源:思科普

    標(biāo)簽: 換熱器壓縮機(jī)科普  

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