張建林鄧小龍

1江陰精亞集團(tuán)有限公司

2江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

水冷式表冷器熱工計(jì)算新方法

張建林1鄧小龍2

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在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)資料提出了一種新的表冷器熱工計(jì)算方法。該方法以線性相關(guān)性較好的傳熱系數(shù)及析濕系數(shù)的試驗(yàn)公式為依據(jù)，通過假定水流速進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，經(jīng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，證明具有較高的精度。

表冷器 試驗(yàn)公式 熱工計(jì)算

0 引言

表冷器是空調(diào)機(jī)組的核心部件，表冷器的性能直接影響到空調(diào)機(jī)組的性能。因此，國內(nèi)外對(duì)表冷器的熱工計(jì)算方法十分重視。目前，水冷式表冷器校核性熱工計(jì)算的方法有多種，其中計(jì)算準(zhǔn)確度較高的方法當(dāng)算干球溫度效率法，該方法通過下列方程組進(jìn)行計(jì)算：

式中：ε1為熱交換效率系數(shù)；ε2為接觸系數(shù)；t1為空氣初狀態(tài)干球溫度；ts1為空氣初狀態(tài)濕球溫度；i1為空氣初狀態(tài)焓值；t2為空氣終狀態(tài)干球溫度；ts2為空氣終狀態(tài)濕球溫度；cp為空氣定壓比熱；i2為空氣終狀態(tài)焓值；tw1為冷水初溫；tw2為冷水終溫；W為冷水量；ω為水流速；Q為冷量；G為風(fēng)量；Vy為迎面風(fēng)速；ξ為析濕系數(shù)；A、B、β、γ、m、n為由實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)、指數(shù)。

上述方程組中K是試驗(yàn)得出的試驗(yàn)公式，此種形式回歸出的試驗(yàn)公式有一定的缺陷，文獻(xiàn)[1]中對(duì)此有專門的分析；同時(shí)根據(jù)熱交換理論，對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的表冷器而言，接觸系數(shù)ε2應(yīng)是表冷器迎面風(fēng)速和排數(shù)的函數(shù)，即ε2=f(Vy，N)，其中N為表冷器排數(shù)，因此當(dāng)表冷器結(jié)構(gòu)及排數(shù)一定后，其接觸系數(shù)應(yīng)只與迎面風(fēng)速有關(guān)，而與其他參數(shù)無關(guān)（如進(jìn)風(fēng)溫濕度，進(jìn)水溫度，水流速等）。但大量的分析表明，由于接觸系數(shù)ε2的式（2）中空氣側(cè)放熱系數(shù)α是根據(jù)傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)公式取α＝AVym求出的，這種定ε2的方法誤差是很大的，這在文獻(xiàn)[2]中有過專門的分析。本文作者通過熱工性能測(cè)試臺(tái)也對(duì)上述結(jié)論也進(jìn)行了多次的試驗(yàn)驗(yàn)證，表1為其中一組測(cè)試數(shù)據(jù)。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)中可以看出，對(duì)一定結(jié)構(gòu)與排數(shù)的表冷器當(dāng)其迎面風(fēng)速不變，而改變其進(jìn)風(fēng)側(cè)參數(shù)后，其接觸系數(shù)ε2將發(fā)生變化，說明接觸系數(shù)ε2并不完全符合熱交換理論，因此若采用ε2=f(Vy，N)的試驗(yàn)公式形式，將會(huì)對(duì)表冷器熱工計(jì)算帶來較大的誤差；而根據(jù)文獻(xiàn)[3]，接觸系數(shù)ε2試驗(yàn)回歸公式可表達(dá)為，但經(jīng)驗(yàn)證，該試驗(yàn)公式線性相關(guān)性仍較差，一般小于0.85，故仍無法保證計(jì)算的準(zhǔn)確度。

1 熱工計(jì)算新方法

為此，本文采用了一種新的表冷器熱工計(jì)算新方法，該法無需接觸系數(shù)的試驗(yàn)公式，而是采用文獻(xiàn)[3]中推薦的精度較高、線性相關(guān)性較好的表冷器析濕系數(shù)及傳熱系數(shù)試驗(yàn)公式進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。即通過正交試驗(yàn)法，表冷器傳熱系數(shù)K的試驗(yàn)公式可表達(dá)為

表冷器析濕系數(shù)ξ的試驗(yàn)公式可表達(dá)為

式中：A、c、m、n為由實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)、指數(shù)；T為溫度準(zhǔn)則，T=(t1-ts1)/(t1-tw1)。

下面通過示例對(duì)該法的計(jì)算過程加以說明。

已知：表冷器長度為700mm，厚度為66mm，高度為203mm，波紋片片間距2.2mm，排數(shù)3排，表面管數(shù)8根，φ9.52通水管管數(shù)為3根，進(jìn)風(fēng)干球溫度27℃，進(jìn)風(fēng)濕球溫度19.5℃，風(fēng)量為630m3/h，進(jìn)水溫度7℃，進(jìn)出水溫差為5℃，大氣壓力為101325Pa，求空氣的出口參數(shù)及表冷器的冷量、水量。

經(jīng)回歸試驗(yàn)，該結(jié)構(gòu)表冷器傳熱系數(shù)及析濕系數(shù)試驗(yàn)公式如下：K＝32.91Vy0.43ξ0.67ω0.26，ξ＝2.99e-2.1TVy-0.03ω0.13。

對(duì)該機(jī)組表冷器基本參數(shù)計(jì)算如下：水通路總面積Sw=0.000208m2；迎風(fēng)面積Fy=0.142m2；傳熱面積F=7.9m2；迎面風(fēng)速Vy=1.23m/s；空氣質(zhì)量流量G= 0.21kg/s；進(jìn)口空氣焓值i1=55.35kJ/kg。

假定表冷器通水管內(nèi)水流速ω為0.8m/s（一般ω范圍在 0.6～1.8m/s之間），則冷水量 W=ω×Sw×r0= 0.166kg/s（r0為冷水密度，取1000kg/m3）；溫度準(zhǔn)則T= (t1-ts1)/(t1-tw1)=0.375；析濕系數(shù)ξ=2.99e-2.1TVy-0.03ω0.13=1.31；傳熱系數(shù)K=32.91Vy0.43ξ0.67ω0.26=40.68W/(m2℃)；傳熱單元數(shù)β=KF/ξGcp=1.16；水當(dāng)量比γ=ξGcp/Wcw=0.4；全熱交換效率ε1=(1-e-β(1-γ))/(1-γe-β(1-γ))=0.63。

則出口干球溫度t2=t1-ε1(t1-tw1)=14.4℃，出口空氣焓值i2=i1-ξcp(t1-t2)=38.68kJ/kg；冷量Q=G(i2-i1)/1000= 3.5kW。

供回水溫度 Δt為 5℃時(shí)，實(shí)際水流量 W’= 3600Q/Δtcw=602kg/h，則實(shí)際水流速 ω’=W/(Sw×r0× 3600)=0.804m/s。

由于|ω’-ω|＜0.005，說明假設(shè)的ω合適，如不合適，應(yīng)重新假設(shè)。

根據(jù)出口空氣的干球溫度、焓值及大氣壓力可以求得出口空氣的濕球溫度為13.65℃。則計(jì)算結(jié)果為：t2=14.4℃，ts2=13.65℃；Q=3.5kW=602kg/h。

2 軟件計(jì)算流程圖

根據(jù)計(jì)算新方法，編制程序進(jìn)行計(jì)算，軟件流程圖如圖1所示。

圖1 軟件流程圖

3 實(shí)驗(yàn)及分析

為驗(yàn)證該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，筆者利用本公司熱工性能測(cè)試臺(tái)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，并將實(shí)測(cè)值與計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比（見表2）。熱工性能測(cè)試臺(tái)試驗(yàn)流程如圖2所示，其中水流量測(cè)試儀器型號(hào)為HPLUGB-328P2，精度0.5級(jí)；干/濕球溫度測(cè)試儀器型號(hào)為WE700，精度±0.1℃/±2%；水溫測(cè)試儀器型號(hào)為WQ101，精度± 0.1℃；風(fēng)速測(cè)試儀器型號(hào)為JCYB-2000A，精度0.5級(jí)。

圖2 熱工性能測(cè)試流程圖

通過多次實(shí)驗(yàn)，說明本計(jì)算方法：

1）計(jì)算的準(zhǔn)確度較高，經(jīng)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比，超過95%的測(cè)試數(shù)據(jù)其計(jì)算冷量值與實(shí)測(cè)冷量值誤差≤±5%，其余的誤差不超過±8%。

2）適用范圍較廣，尤其在表冷器進(jìn)出水溫差是大溫差（如8～10℃）及冷水進(jìn)水溫度不是常規(guī)的7℃時(shí)，仍能保持較高的計(jì)算精度，而且該方法也適用于表冷器干工況時(shí)的計(jì)算。

3）試驗(yàn)公式容易獲得，由于采用正交試驗(yàn)回歸K及ξ的試驗(yàn)公式，因此對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的表冷器而言，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，只需做16組試驗(yàn)就可以回歸出相應(yīng)的試驗(yàn)公式，大大提高了工作效率。

表2 實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比

4 結(jié)語

本文提出了一種新的表冷器熱工計(jì)算方法。該方法以線性相關(guān)性較好的傳熱系數(shù)及析濕系數(shù)的試驗(yàn)公式為依據(jù)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，計(jì)算方便，工作效率大大提高，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性并具有較高的精度。

[1]王辛,陳沛霖.正交試驗(yàn)法在表冷器試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].暖通空調(diào), 1999,(4):78-81

[2]薛殿華,張勇濤.關(guān)于表冷器熱工計(jì)算原理的探討[J].制冷學(xué)報(bào), 1983,(2):43-52

[3]王辛.表冷器試驗(yàn)及計(jì)算等問題的探討[D].上海:同濟(jì)大學(xué), 1991

A Ne w The rm ote c hnic a l Ca lc ula tion Me thod on Wa te r-c oole d Surfa c e Coole r

ZHANG Jian-lin1,DENG Xiao-long2
1 Jiangyin Jingya Group Co.,Ltd.
2 Jiangsu College of Information Technology

Based on large amount of test data,combined with the relevant papers,a new thermotechnical calculation method on surface cooler is presented.The method is based on the formula with a good linear correlation of heat transfer coefficient and wet coefficient,and derivate and calculate by assuming the water flow speed.The experiments verify its high precision.

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1003-0344（2015）02-062-3

2013-11-13

張建林（1970～），男，本科，高工；江陰市顧山鎮(zhèn)解放村興園路25號(hào)（214414）；E-mail:zhang005297@163.com

江蘇省高?！扒嗨{(lán)工程”中青年學(xué)術(shù)帶頭人基金（10072020009）