劉 晨，顏雄超

（1.海裝駐武漢地區(qū)軍事代表局，湖北 武漢，430060；2.海裝駐武漢地區(qū)第七軍事代表室，湖北 武漢，430060）

0 前言

冷凝器是制冷系統(tǒng)中的核心部件之一，它的主要作用是將制冷劑由高壓蒸汽冷卻成液體。為確保制冷劑能夠充分與濕空氣進(jìn)行熱交換，且能獲得一定過冷度，工業(yè)應(yīng)用上按照一定比例來劃分多個流道，為了更好的了解流道劃分比例對冷凝器傳熱性能的影響，降低單位換熱量下冷凝器的重量，就必須對流道劃分比例進(jìn)行深入的研究，從而揭示流道劃分比例的規(guī)律。在前人所做工作的基礎(chǔ)上[1-6]，本文對典型冷凝器進(jìn)行了仿真建模和試驗數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，分析不同流道劃分比例對換熱效率的影響，得出了優(yōu)化設(shè)計冷凝器流道劃分比例的規(guī)律。

1 仿真模型

1.1 換熱器結(jié)構(gòu)特征

選擇多元平行流式冷凝器（圖1）作為研究對象，其主要結(jié)構(gòu)由扁管和波浪形翅片組成，集流管中有隔片打斷，形成多個流道，每個流道內(nèi)包含的扁管數(shù)量不同。制冷劑進(jìn)入冷凝器時，制冷劑呈氣態(tài)，比熱容較大，隨著制冷劑逐漸冷卻為液體，比熱容減小。合理的劃分流道占冷凝器迎風(fēng)面積的比例，可以使制冷劑的流動和換熱情況更趨合理。

1.2 細(xì)節(jié)參數(shù)尺寸

扁管內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸見圖2，為提高單位體積內(nèi)的總換熱面積，扁管內(nèi)部設(shè)置微通道結(jié)構(gòu)，沿扁管寬度方向均勻布置多個矩形孔。

在扁管之間設(shè)有翅片，主要用于與濕空氣進(jìn)行熱交換，其微觀結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 外部翅片參數(shù)

設(shè)計熱交換器的各項細(xì)節(jié)尺寸見表1。

表1 冷凝器細(xì)節(jié)參數(shù)表總體參數(shù)計算

1.3 總體參數(shù)計算

根據(jù)表1所列詳細(xì)參數(shù)，對冷凝器逐項參數(shù)進(jìn)行計算，可得到全局參數(shù)，見表2。

圖4 局部與全局尺寸

表2 全局參數(shù)計算結(jié)果

1.4 模型校準(zhǔn)

為驗證模型正確性，使用試驗數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行校準(zhǔn)，最終對制冷劑側(cè)參數(shù)和濕空氣側(cè)參數(shù)作為主要計算特征的公式進(jìn)行擬合，總換熱系數(shù)采取的擬合公式如下：

其中：Gext是單位迎風(fēng)截面積下濕空氣質(zhì)量流量，Gint是單位容積下的制冷劑流量。

試驗數(shù)據(jù)與擬合數(shù)據(jù)對照表見表3，可見擬合數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)最大誤差為2%，擬合結(jié)果滿足后續(xù)對照仿真分析的需求。

表3 試驗數(shù)據(jù)與擬合數(shù)據(jù)對照表

2 典型工況下計算分析

選擇某典型多元式平行流冷凝器，共含32個扁管，劃分為4個流道，建立仿真模型如圖5，按照表1設(shè)定冷凝器各項參數(shù)。制冷劑流動通路示意圖見圖6（a）,分別按照表4所列的三種方案劃分流道比例。

圖5 仿真模型示意圖

表4 流道劃分方案

圖6 流道比例劃分方案

為了更加直觀的表征不同流道劃分方案下冷凝器換熱效率的差異，用冷凝器出口處的制冷劑過冷度來評價冷凝器的換熱效率，計算結(jié)果見圖7，其中方案二可以使冷凝器獲得最大換熱效率，在壓焓圖（圖8）中可見制冷劑狀態(tài)變化情況。

圖7 各方案過冷度對比

圖8 方案二計算結(jié)果

3 結(jié)語

在制冷劑流通方向上布置多個流道時，應(yīng)采用遞減的方式安排流道占用冷凝器迎風(fēng)面積的比例，可在高壓高比熱容制冷劑在流入冷凝器后第一個流道布置較多扁管數(shù)量，使制冷劑充分與濕空氣進(jìn)行熱交換，同時可以在最后一個流道內(nèi)布置較少扁管數(shù)量，中間流道占用的扁管比例依次遞減，這種流道比例劃分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使冷凝器的有效容積得到最合理的利用，從而使制冷劑的流動和換熱情況更加合理。本文提出的計算和分析方法，對于應(yīng)用在特種設(shè)備上的冷凝器減重優(yōu)化具有重要意義。