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《吉林大学》 2013年
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车用微小通道蒸发器流动及换热特性研究

韩艳辉  
【摘要】:为了满足轻量化、低成本、高效率的换热要求,平行流微小通道蒸发器开始在轿车空调系统中得到推广使用。平行流微小通道蒸发器的流动换热特性涉及到空气侧百叶窗翅片的流动换热及扁管微通道内的流动沸腾换热。微通道换热器作为蒸发器在工程中使用涉及到多流程多扁管结构中制冷剂的均匀分配的问题。 本文研究的主要内容就是通过实验与数值模拟相结合的方式对空气侧百叶窗翅片流动及换热特性及蒸发器扁管中沸腾换热特性进行研究,总结适用于微通道蒸发器的流动及换热关联式;针对微小通道换热器作为蒸发器使用时面临的流量分配不均问题对四流程流量分配特性进行研究,根据三维仿真计算结果对蒸发器结构进行优化,并通过换热计算分析流量分配不均匀度对蒸发器制冷能力的影响;通过实验验证文中采用的流动传热模型的准确性与实用性。 从换热器稳态特性出发,基于有限体积法,采用分布参数模型,通过编程计算对平行流蒸发器性能进行一维仿真分析。本文通过与实验结果比对发现考虑了干度对换热系数的影响的Kew-Cornwell沸腾换热关联式比较适用于本文工况下的微通道蒸发器,同时制冷剂侧单相区采用Ditus-Boeleter换热关联式,空气侧采用Dong Junqi关联式,换热及压降计算误差小于5%。研究了蒸发器的百叶窗开度、翅片间距、翅片高度,扁管通道数、通道宽度以及蒸发器流程布置对流动换热特性的影响,并对蒸发器结构进行了优化分析。 以往文献中关于蒸发器中制冷剂流量分配的问题,并没有针对整个蒸发器完整的四个流程的研究,大多只是研究一个流程,甚至只是简单的建立一根集管连接几根扁管的单流程的研究。本文以整体蒸发器模型为基础,从进口管相对集管位置、出口管相对集管位置、扁管与集管相对组合高度三方面对四流程蒸发器流量分配问题进行研究,并引入分别表示这三种相对位置关系的无量纲参数P_in、P_out及H。计算结果显示当P_in=0.591,P_out=0.402,H=0.239时,制冷剂流量分配均匀性最好。 为了清楚的显示制冷剂在蒸发器中的相变过程以及修正一维仿真计算中假设制冷剂均匀分配带来的计算误差,研究四流程蒸发器流量分配特性以及流量分配对蒸发器换热性能的影响,本文对蒸发器进行三维仿真分析。原结构蒸发器与流量分配优化后的结构计算结果比较,发现流量分配优化后的蒸发器制冷能力比原结构蒸发器的制冷能力高7%左右。 本文选取2种不同流程布置的蒸发器结构、2种不同制冷剂质量流量进行实验。三组一维仿真计算结果与实验值吻合的很好,误差在5%以内,该结论基本满足了工程应用的需求。将一维仿真换热系数及压降系数计算作为三维仿真的边界条件设置时,由于三维中制冷剂的不均匀分配,制冷剂焓差值(制冷能力)计算值小于实验值,计算结果与实验值的误差小于8%,这也验证了仿真计算方法的准确性与可靠性。 本文研究成果为平行流微小通道蒸发器在车用空调领域的应用及优化设计提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:U463.851

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