陳晨+周鵬

摘 要：本文提出了一種用于比較不同設(shè)計(jì)的換熱器傳熱性能的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)分析方法。對(duì)比測(cè)試分析了變頻螺桿式風(fēng)冷冷水機(jī)組用0.28mm扁管壁厚的微通道換熱器和加厚型0.32m扁管壁厚的微通道換熱器的性能差異。測(cè)試時(shí)，環(huán)境溫度從35℃～43.3℃，改變壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率從50Hz～203Hz以改變進(jìn)入微通道換熱器的制冷劑質(zhì)量流速；改變風(fēng)機(jī)頻率從20Hz～60Hz，以改變進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，評(píng)估不同扁管壁厚設(shè)計(jì)的微通道在換熱器傳熱性能和整機(jī)性能的差異。采用0.32mm扁管壁厚的微通道換熱器，相比于標(biāo)準(zhǔn)0.28mm扁管壁厚的微通道換熱器，在環(huán)境溫度為35℃～43.3℃時(shí)，冷凝溫度增大約0.57℃～0.78℃，制冷量降低了4.2%～6.9%，壓縮機(jī)功率降低了1.8%～5.2%，機(jī)組COP降低3.2%～5.3%。

關(guān)鍵詞：微通道換熱器；扁管壁厚

1.前言

0.28mm扁管壁厚和加厚型0.32mm扁管壁厚的微通道換熱器的設(shè)計(jì)相同點(diǎn)和不同點(diǎn)在于：

1. 扁管的制冷劑通道數(shù)和通道水力直徑相同，其加工過(guò)程和制造公差要求相同；

2. 單片換熱器的扁管總數(shù)相同，流程間的分程隔板在氣管頭管中的位置相同，流程布置扁管數(shù)量相同；

3. 翅片的翅型規(guī)格相同，由于扁管壁厚不同，兩根扁管之間的中心間距相同時(shí)，扁管間的翅片區(qū)域的翅片高度不同，扁管壁厚加厚到0.32mm后，翅片高度減小0.08mm，會(huì)引起翅片側(cè)傳熱面積減小，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)不變時(shí)，0.32mm扁管壁厚的微通道換熱器的空氣側(cè)阻力損失加大，流經(jīng)微通道換熱器的風(fēng)量減小。對(duì)于傳熱熱阻主要在空氣側(cè)的微通道換熱器來(lái)說(shuō)，空氣側(cè)傳熱性能由于迎面風(fēng)速減小和傳熱面積減小而降低。

2. 0.28mm和0.32mm扁管壁厚的微通道性能測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1確定測(cè)試方案和數(shù)據(jù)分析的方法

微通道換熱器性能對(duì)比測(cè)試是在同一臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行測(cè)試的。為了準(zhǔn)確和方便地比較不同結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的微通道換熱器的性能優(yōu)劣，設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的步驟如下：

1.分別測(cè)試環(huán)境溫度為35℃，37.8℃，40.5℃，43.3℃。在每一個(gè)環(huán)境溫度值，改變壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率為50Hz，75Hz，100Hz，125Hz，150Hz，175Hz，200Hz，203Hz用以改變管內(nèi)制冷劑側(cè)質(zhì)量流量和冷凝換熱量，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器輸出頻率為60Hz，45Hz，25Hz改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)入微通道換熱器的風(fēng)機(jī)風(fēng)量。以確保性能的比較是基于不同的管內(nèi)制冷劑側(cè)質(zhì)量流速和不同的風(fēng)側(cè)風(fēng)量條件。

2.在測(cè)試過(guò)程中通過(guò)無(wú)需調(diào)整制冷劑沖注量，在每一個(gè)環(huán)境溫度測(cè)試點(diǎn)的所有變壓縮機(jī)頻率和風(fēng)機(jī)頻率工況，均通過(guò)改變電子膨脹閥的開度使冷凝器的冷凝器出口制冷劑的溫度在各個(gè)測(cè)試工況下保持基本相同。在降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率時(shí)，冷凝器的出口制冷劑溫度會(huì)逐步降低，當(dāng)無(wú)法保證各個(gè)工況點(diǎn)的環(huán)境溫度完全相同以及冷凝器出口制冷劑液體溫度完全相同時(shí)，可以通過(guò)以下方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

3.冷凝器出口的制冷劑液體溫度的修正方法如下：冷凝器進(jìn)口飽和溫度減去進(jìn)風(fēng)溫度等于冷凝器的傳熱溫差，dTsat=Tsat，coil-Tair，on，冷凝器出口的制冷劑溫度為Tliq，out，每一個(gè)環(huán)境溫度點(diǎn)的所有Tliq，out測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值減去各測(cè)試項(xiàng)目的液相溫度Tliq，out，按照下來(lái)公式修正冷凝器的傳熱溫差，dTsat，correct= dTsat-（Tliq，average-Tliq，out）*0.29，由于冷凝器的平均換熱溫差既取決于冷凝溫度又取決于液相溫度，當(dāng)某個(gè)測(cè)試工況的液相溫度較低時(shí)，其修正后的傳熱溫差會(huì)減小。

4.繪制傳熱溫差dTsat，correct= dTsat-（Tliq，average- Tliq，out）*0.29與微通道換熱器的換熱量的關(guān)系曲線，可以發(fā)現(xiàn)，換熱器的換熱量與傳熱溫差成正比例或近似二次曲線的關(guān)系。即通過(guò)傳熱溫差和傳熱量的關(guān)系分析不同設(shè)計(jì)的微通道換熱器的傳熱性能，將所有影響因素全部歸結(jié)到傳熱溫差和傳熱量的數(shù)據(jù)中。

2.2扁管壁厚對(duì)微通道傳熱性能的影響

某兩組同工況運(yùn)行的測(cè)試數(shù)據(jù)，要進(jìn)行比較，須要求運(yùn)行工況須完全相同，如環(huán)境溫度、進(jìn)/出水溫度、水流量、壓縮機(jī)頻率、風(fēng)機(jī)頻率等，單獨(dú)對(duì)比分析某些數(shù)據(jù)是可行的。

在43.3℃環(huán)境溫度工況點(diǎn)，不同傳熱量對(duì)應(yīng)的冷凝器進(jìn)口的冷凝溫度從45℃～65℃升高時(shí)，單片微通道換熱器盤管的換熱量從15kW～120kW提高。同樣冷凝溫度時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的傳熱量相比0.32mm設(shè)計(jì)的高3.4%～10.0%，3.4%對(duì)應(yīng)大傳熱量和大傳熱溫差的工況，隨著傳熱量和傳熱溫差的降低，這一數(shù)值逐步升高，平均高約4.9%。反之，同樣冷凝傳熱量時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的冷凝溫度相比0.32mm設(shè)計(jì)的低0.4℃～0.87℃，平均低0.60℃。

由于冷凝溫度和過(guò)冷度的影響，制冷量和功率降低4.4%～9.4%和-0.1%～5.0%，平均降低5.4%和1.8%，機(jī)組COP降低0.6%～4.4%，平均降低3.2%。

對(duì)比37.8℃和40.5℃環(huán)境溫度工況的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以看到兩種環(huán)境溫度下的對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)論基本一致，同樣冷凝溫度時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的傳熱量相比0.32mm設(shè)計(jì)的高約1.8%～13.4%，平均高6.8%，反之，同樣冷凝傳熱量時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的冷凝溫度相比0.32mm設(shè)計(jì)的低0.38℃～0.96℃，平均低0.78℃。

由于冷凝溫度和過(guò)冷度的影響，制冷量和功率降低2.5%～12.1%和1.4%～11.2%，平均降低6.9%和5.2%，機(jī)組COP降低1.1%～4.4%，平均降低3.1%。

在35℃環(huán)境溫度測(cè)試工況點(diǎn)，同樣冷凝溫度時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的傳熱量相比0.32mm設(shè)計(jì)的高約1.1%～11.4%，平均高4.1%，反之，同樣冷凝傳熱量時(shí)，0.28mm扁管設(shè)計(jì)的微通道換熱器的冷凝溫度相比0.32mm設(shè)計(jì)的低0.32℃～0.97℃，平均低0.57℃。

由于冷凝溫度和過(guò)冷度的影響，制冷量和功率降低1.6%～10.9%和-0.8%～7.5%，平均降低4.2%和3.0%，機(jī)組COP降低3.0%～9.9%，平均降低5.3%。

3.結(jié)論

本文提出了一種用于比較不同設(shè)計(jì)的換熱器傳熱性能的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)分析方法。對(duì)比測(cè)試分析了0.28mm扁管壁厚的微通道換熱器和加厚型0.32m扁管壁厚的微通道換熱器的性能差異。

（1）測(cè)試時(shí)，環(huán)境溫度從35℃～43.3℃，改變壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率從50Hz～203Hz以改變進(jìn)入微通道換熱器的制冷劑質(zhì)量流速；改變風(fēng)機(jī)頻率從20Hz～60Hz，以改變進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，評(píng)估不同扁管壁厚設(shè)計(jì)的微通道在換熱器傳熱性能和整機(jī)性能的差異。

（2）采用的數(shù)據(jù)分析方法，即通過(guò)傳熱溫差和換熱量的關(guān)系分析不同設(shè)計(jì)的微通道換熱器的傳熱性能，將所有影響因素全部歸結(jié)到傳熱溫差和換熱量的數(shù)據(jù)中，用以分析不同換熱器的性能差異。

（3）試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：采用0.32mm扁管壁厚的微通道換熱器，相比于標(biāo)準(zhǔn)0.28mm扁管壁厚的微通道換熱器，在環(huán)境溫度為35℃～43.3℃時(shí)，冷凝溫度增大約0.57℃～0.78℃，制冷量降低了4.2%～6.9%，壓縮機(jī)功率降低了1.8%～5.2%，機(jī)組COP降低3.2%～5.3%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 章熙民，任澤霈，等.傳熱學(xué)[M].第五版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 陶文銓，數(shù)值傳熱學(xué)[M]，陜西：西安交通大學(xué)出版社1988：431-451endprint