收藏本站
《西安交通大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CO_2家用空调系统实验研究及换热器强化换热数值模拟

陶于兵  
【摘要】:近年来环境与能源问题日益严重,臭氧层破坏、温室效应以及能源危机已成为人类面临的主要挑战。现有制冷空调等工业大量使用的氯氟烃类制冷工质,不仅会对臭氧层造成破坏,而且它们本身也是一种温室气体。所以,积极寻找制冷剂的替代工质,已成为目前制冷工业迫在眉睫的任务。 另一方面,人类对能源的需求与日俱增,现有化石能源的大量消耗,排放了大量温室气体,使得大气层的温室效应日益显著;加之,化石能源日益枯竭的趋势,因此,对在各领域大量应用的换热设备,进行强化换热及节能减阻研究显得至关重要。本文的研究内容包括实验和理论两个方面。实验方面,搭建了CO_2家用空调性能测试实验台,对系统性能进行了理论分析和实验研究。理论方面,开发了三维适体坐标下的网格生成程序及数值模拟程序,对波纹翅片管换热器空气侧的流动与换热特性进行了三维数值模拟研究。具体内容及结论如下: 在CO_2家用空调系统实验研究方面: (1)搭建了CO_2家用空调系统性能测试实验台。系统COP及换热器的换热与流动特性的实验结果发现,CO_2家用空调系统的COP通常在2~3之间,略低于常规空调系统;强化冷却器的冷却效果是提高系统COP的有效手段;通过对循环进行优化、对冷却器采取强化换热措施可以使CO_2系统的COP达到与常规空调系统相当的水平。 (2)分析了带有内部回热器的CO_2跨临界循环的节流损失、节流损失对COP的影响、影响节流损失的主要因素。结果表明,内部回热器可以在很大程度上减小节流损失,然而带有内部回热器的跨临界循环仍然有5%的节流损失,使得COP减小近20%;冷却器的冷却效果是影响节流损失的主要因素,冷却效果越好,节流损失越小。 在换热器的强化换热及节能减阻性能研究方面: (3)自行开发了三维适体坐标下的网格生成程序及SIMPLE算法程序。目前空调领域大量使用的都是波纹翅片管换热器,波纹翅片管换热器翅片表面之间是波纹形通道,另外还有管子的存在,结构非常复杂,网格生成困难,因此对其三维数值模拟研究迟迟未能展开。本文提出了适体坐标和块结构化相结合的复合网格生成方法,开发了适体坐标下的网格生成程序和基于SIMPLE算法的三维数值模拟程序,所开发的程序可用于复杂区域流动与换热问题的数值研究。 (4)考察了波纹翅片管换热器的换热与阻力性能随雷诺数、翅片间距、波纹倾角、管排数的变化规律。研究结果表明,随流速增加、波纹倾角增加、翅片间距减小、管排数减小,换热器的换热特性得到强化,与此同时阻力损失也增加。 (5)建立了单位体积换热量和全场平均协同角之间的对应变化关系。采用之,对波纹翅片圆管及椭圆管换热器的换热特性随几何参数的变化关系给予了合理解释,使场协同原理可以更方便地应用于指导换热器结构的优化设计。 (6)分析了波纹翅片的翅片效率随雷诺数、波纹翅片倾角、翅片间距、翅片厚度及横向管间距的变化规律。结果表明,随着雷诺数、波纹倾角、翅片间距、横向管间距的增加以及翅片厚度的减小,翅片表面温度逐渐降低,翅片效率逐渐减小。 (7)进一步考察了波纹翅片表面的局部换热系数及局部翅片效率分布。结果表明,局部换热系数沿空气流动方向快速减小,且在波峰和波谷处出现波动,流速越高、波纹角越大,波动越明显;局部翅片效率沿流动方向逐渐增加,其分布特性主要依赖于翅片表面的温度分布;对流换热主要发生在入口区域,出口部分的波纹对换热的强化很小,却极大地增加了阻力损失。 (8)设计了新型的局部波纹翅片形状,并进行了数值模拟验证。基于局部换热系数的模拟结果,设计了新型的局部波纹翅片模型,新模型的模拟结果表明,相对于原来的波纹翅片,新型翅片的换热性能仅仅减小4%,而阻力损失却减小了18%;相对于平直翅片,新型翅片的换热性能增加了45%,而阻力损失仅增加了26%,换热的强化大于阻力的增加,证明新型翅片结构具有很好的强化换热及节能减阻性能。 (9)提出了椭圆管波纹翅片的换热器结构形式,数值研究了椭圆管波纹翅片换热器的流动与换热特性。结果表明,椭圆管布置相对于圆管布置,可以在压降仅增加10%的条件下,使换热性能强化30%;随着椭圆管向心率、翅片间距、横向管间距的增加以及翅片厚度的减小,椭圆管波纹翅片换热器的换热系数减小,同时阻力因子也减小。 (10)进一步分析了椭圆管的横截面形状对换热及阻力性能的影响。将5种不同管截面形状的波纹翅片管换热器的换热和阻力性能进行了对比研究,结果表明, 4种椭圆管的换热性能都比圆管好,分别平均强化了17.0%,16.9%,14.6%,12.3%;和圆管具有相同最窄空气流通截面的椭圆管的平均阻力损失比圆管高7.1%,其他3种椭圆管的阻力性能都比圆管好,分别减少了23.9%,20.7%,17.0%。
【学位授予单位】:西安交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TK124

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李凤梅;波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性的数值研究[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马一太,王侃宏,杨昭,吕灿仁;带膨胀机的CO_2跨(超)临界逆循环的热力学分析[J];工程热物理学报;1999年06期
2 丁国良,黄冬平,张春路;跨临界二氧化碳汽车空调稳态仿真[J];工程热物理学报;2001年03期
3 张后雷,宣益民,李艳领;战车热特性与R744空调系统[J];机电设备;2002年02期
4 过增元;对流换热的物理机制及其控制:速度场与热流场的协同[J];科学通报;2000年19期
5 陈江平,穆景阳,简晓文,陈芝久;二氧化碳汽车空调系统应用研究进展(一)——系统结构、性能及其优化[J];流体机械;2000年04期
6 刘军朴,陈江平,陈芝久;跨临界二氧化碳制冷系统节流降压形式研究[J];流体机械;2002年04期
7 魏东,马一太,苏维诚,李丽新,吕灿仁;CO_2跨临界循环中膨胀过程的亚稳态特性研究[J];流体机械;2002年06期
8 陶文铨,何雅玲;场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(上)[J];西安交通大学学报;2002年11期
9 康海军,李娬,李惠珍,辛荣昌,陶文铨;平直翅片管换热器传热与阻力特性的实验研究[J];西安交通大学学报;1994年01期
10 辛荣昌,李惠珍,康海军,李娬,陶文铨;三角形波纹翅片管换热器传热与阻力特性的实验研究[J];西安交通大学学报;1994年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李杰;周彦煌;;复杂结构火箭发射药非稳态温度场的数值模拟[J];兵工学报;2008年01期
2 李军伟,刘宇;环境压强对气动塞式喷管底部压强的影响[J];北京航空航天大学学报;2003年08期
3 康宁,汪建兵;粘性流体换热问题用直角坐标网格的贴体解法[J];北京航空航天大学学报;2004年09期
4 任鑫,高歌;使用GAO-YONG湍流方程组对顶盖驱动方腔流的计算[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
5 任鑫;高歌;;使用GAO-YONG湍流方程组对扩压器流动的计算[J];北京航空航天大学学报;2006年01期
6 许利波;高歌;;用GAO-YONG湍流模型计算激波/边界层干扰[J];北京航空航天大学学报;2007年10期
7 侯凤龙;蔡国飙;;应用于DSMC方法的二维Voronoi网格技术[J];北京航空航天大学学报;2007年12期
8 杨烨,王翠苹,李定凯,吕子安;射流悬浮床气固两相流动的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年02期
9 李向荣;赵陆明;马云龙;刘福水;;基于场效应方法的柴油机喷油嘴参数匹配仿真研究[J];北京理工大学学报;2011年04期
10 俞接成;吴小华;刘全;;套管换热器湍流对流换热的数值模拟[J];北京石油化工学院学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;;内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 张家忠;孙旭;雷鹏飞;;低速气流中二元叶片颤振数值模拟与Hopf分岔分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
3 栾辉宝;徐辉;陈黎;陶文铨;;FVM与LBM分区耦合模拟远场边界条件下的圆柱绕流[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
4 黄娟;张志国;陈汝钢;方成跃;;船用径向滑动轴承油膜润滑的数值模拟[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
5 曾和义;;网格质量对数值模拟的影响[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
6 施骏业;翟晓华;谢晶;徐世琼;;CO_2在食品加工和冷藏业中的应用前景[A];2003福建省冷藏技术研讨会论文资料集[C];2003年
7 邹琳江;翟笃棉;赵志民;邹得球;;气烧套筒石灰窑燃烧器的研究[A];第八届全国工业炉学术年会论文集[C];2011年
8 衣秋杰;丁鸿昌;;强化传热技术在制冷工业中的应用[A];2005年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2005年
9 周惠敏;张浩;苍大强;白皓;王远成;方肇洪;张海涛;刘新华;王苗;程相利;赵立华;;蓄热体纳微米高辐射覆层对热风炉传热过程影响的数值模拟[A];2009年山东省炼铁学术交流会论文集[C];2009年
10 施骏业;瞿晓华;谢晶;徐世琼;;CO_2在食品加工和冷藏业中的应用前景[A];上海市制冷学会二○○三年学术年会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘芬;注射成型过程中多相聚合物相形态演变的建模与模拟[D];华中科技大学;2010年
3 黄钰期;基于场协同原理的车用冷却系统流动传热耦合分析与结构优化[D];浙江大学;2010年
4 柴本银;振荡流热管换热器换热性能及其在干燥系统中的应用研究[D];山东大学;2010年
5 张磊;离心风机多目标优化及旋转失速机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年
7 周陆军;磁流体流动及能量传递特性的多尺度研究[D];南京理工大学;2010年
8 夏强;固体燃料冲压发动机工作过程研究[D];南京理工大学;2011年
9 刘新儒;带边界约束的网格和曲面生成理论与方法研究[D];中南大学;2011年
10 聂少锋;低层冷弯薄壁型钢结构住宅风洞试验研究及数值分析[D];长安大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
2 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
3 谷骁勇;基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析[D];郑州大学;2010年
4 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 石帅;滑油冷却器强化传热及小型化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吴曙亮;横向来流对等离子点火器点火区域的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 崔广云;LED彩色打印机内部温度场的数值计算[D];大连理工大学;2010年
8 刘海朋;带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D];大连理工大学;2010年
9 王黎黎;旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 刘丽莉;电磁场驱动下的液体流动实验与模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李革;于功志;程木军;张殿光;;提高翅片管式换热器热力性能的方法[J];大连水产学院学报;2006年01期
2 简弃非,甘庆军,许石嵩;换热器翅片表面空气流动热力过程的数值模拟[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年09期
3 冯踏青,穆弗达赫.A.A,捷曼尔.M.G,胡亚才,屠传经;三维螺旋翅片管换热特性分析及试验研究[J];化学工程;1998年06期
4 冯金兰;张杰;;圆形翅片管束的换热与阻力特性试验研究[J];东北电力技术;2008年08期
5 李志敏,刘长振,张凯,衣秋杰;强化传热螺旋翅片管管束的试验研究[J];节能;2004年01期
6 魏文建,刘建,丁国良,张春路;基于两相流体网络的翅片管换热器仿真模型研究[J];流体机械;2005年03期
7 张鹏,史佑吉,高伟桐,胡三季;进风角度对钢制椭圆翅片管散热器热力阻力特性的影响[J];热力发电;1997年01期
8 屠珊,杨冬,黄锦涛,陈听宽,罗毓珊;椭圆翅片管空冷器流动传热特性的研究[J];热能动力工程;2000年05期
9 宇波,林明杰,徐佳莹,陶文铨;纵向波纹内翅片管中层流充分发展对流换热的数值模拟[J];西安交通大学学报;1998年09期
10 宋富强,屈治国,何雅玲,陶文铨;低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究[J];西安交通大学学报;2002年09期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 马一太,杨昭,吕灿仁;CO_2跨临界(逆)循环的热力学分析[J];工程热物理学报;1998年06期
2 马一太,魏东,王景刚,查世彤,吕灿仁;CO_2跨临界制冷循环中应用两相螺杆膨胀机的理论分析[J];工程热物理学报;2001年02期
3 过增元;对流换热的物理机制及其控制:速度场与热流场的协同[J];科学通报;2000年19期
4 王崧,李志信,过增元;纤毛肋强化管内对流换热[J];清华大学学报(自然科学版);2000年04期
5 宋富强,屈治国,何雅玲,陶文铨;低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究[J];西安交通大学学报;2002年09期
6 范晓伟,阴建民,刘海峰,陈钟颀;一种新型蒸气压缩/喷射混合制冷循环的探讨[J];西安交通大学学报;1996年05期
7 丁国良,黄冬平,张春路,陈江平,陈芝久;跨临界循环二氧化碳汽车空调研究进展[J];制冷学报;2000年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓丽;王晓占;;螺旋槽管螺距与螺深对强化换热影响的数值研究[J];节能;2011年05期
2 朱业樵;赵天玉;;空调用液 气式换热器的强化换热分析与主要节能强化措施[J];节能;1989年07期
3 王增辉,贾斗南,刘瑞兰;狭缝通道两相流强化换热研究综述[J];热能动力工程;2002年04期
4 周国兵,张于峰,齐承英,王艳;几种翼型涡流发生器强化换热及流阻性能的实验研究[J];天津大学学报;2003年06期
5 郑军,曾丹苓,王萍,高虹;利用流体脉动强化换热的试验研究[J];热科学与技术;2003年03期
6 赵丽华,苑中显,张建国,姜明健;强化换热通道中扰流元场协同优化研究[J];工程热物理学报;2005年02期
7 高虹;刘娟芳;;脉动流体强化换热的试验研究[J];重庆文理学院学报(自然科学版);2009年02期
8 黄志锋;刘伟;杨昆;;圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析[J];工程热物理学报;2009年05期
9 卓宁,孙家庆;玻璃管空气预热器强化换热试验研究[J];能源研究与信息;1990年03期
10 张俊涛,周筠清;原理性涡旋强化换热装置的传热性能研究[J];冶金能源;1995年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾臻;龚自力;邱金荣;;核级换热器强化换热方式对比与选择[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
2 陈建红;欧阳新萍;李辉;;制冷强化换热管实验台测控系统的研制[A];上海市制冷学会2007年学术年会论文集[C];2007年
3 冯建永;段亚峰;张龙江;孙国良;;超临界CO2技术及在纤维染色方面的应用[A];2010年全国针织物及纱线染色技术研讨会论文集[C];2010年
4 汪波;茅靳丰;耿世彬;韩旭;魏鹏;;国内换热器的研究现状与展望[A];第四届全国人防工程内部环境与设备研讨会论文集[C];2010年
5 张吉礼;李爱国;孙德兴;;结构可调式换热器最小换热单元的确定[A];推进供热体制改革与节能改造新技术新设备应用交流会论文集[C];2010年
6 杨文峰;;锆换热器的设计和制造技术[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
7 李玉虎;张文勇;郭慧;;气/气换热器的焊接制造[A];压力容器先进技术——第七届全国压力容器学术会议论文集[C];2009年
8 程卓明;马勇;黄钊;;强热型数码中央空调的应用前景[A];第九届全国空调器、电冰箱(柜)及压缩机学术交流会论文集[C];2008年
9 李波;;特殊结构换热器的结构特点及质量控制要点[A];压力容器先进技术——第七届全国压力容器学术会议论文集[C];2009年
10 涂小苹;梁祥飞;吴迎文;郑波;;家用热泵空调用的室外机换热器流路优化[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 路建峰 记者 宋伟;延安常泰药业与西北大学合作的甲醇、CO、CO2转化利用新技术研究工作取得新进展[N];延安日报;2008年
2 施乾元;警惕进口豪车过量排放CO2[N];中国消费者报;2009年
3 朱宇;今年航空业CO2排放量降7%[N];中国证券报;2009年
4 记者 王科岩;“热处理碳酸氢氨发生CO2施肥技术研究应用”落户我市[N];呼和浩特日报(汉);2009年
5 记者 甘丰录;龙穴造船实现CO2横焊全自动[N];中国船舶报;2011年
6 本报记者 翟亚男;日产 CO2终结者[N];华夏时报;2011年
7 记者 王志田 通讯员 徐建庆;大庆首口注CO2驱油井斜测井资料成功录取[N];中国石油报;2009年
8 王维兴;科学评价我国钢铁工业CO2排放[N];世界金属导报;2009年
9 中国机床工具工业协会特种加工机床分会供稿;大功率激光器有待突破CO2激光加工机床受挑战[N];机电商报;2009年
10 记者 王志田 通讯员 徐冠达 吕晶;大庆深层气井CO2气举排液成功[N];中国石油报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陶于兵;CO2家用空调系统实验研究及换热器强化换热数值模拟[D];西安交通大学;2008年
2 司洪宇;液化天然气冷能利用过程中强化换热技术及水平管内气液两相流体激振机理的研究[D];中国海洋大学;2011年
3 郭剑;管内强化换热的理论和实验研究[D];华中科技大学;2012年
4 柳雄斌;换热器及散热通道网络热性能的火积分析[D];清华大学;2009年
5 俞接成;脉冲流动和壁面振动传热研究[D];清华大学;2005年
6 王润涛;机房用乙二醇换热器优化控制的研究[D];东北农业大学;2012年
7 吕伦春;纳米流体强化毛细泵回路(CPL)换热特性实验研究[D];上海交通大学;2009年
8 马可;基于热管技术的磨削弧区强化换热基础研究[D];南京航空航天大学;2011年
9 李晓伟;通道湍流换热强化的数值与实验研究[D];清华大学;2008年
10 唐玉峰;平板通道内螺旋纤肋强化传热机理及传热特性研究[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔丽红;螺旋折流板换热器强化换热管内流动与传热特性的研究[D];西安建筑科技大学;2013年
2 段宏悦;错流微型换热器内导热影响的模拟研究[D];天津大学;2012年
3 林泉来;干工况用多流程平行流换热器的设计与实验研究[D];广州大学;2011年
4 马良;偏心旋流管强化换热的数值分析[D];华中科技大学;2013年
5 李明磊;低温余热回收利用强化换热技术及数值模拟研究[D];昆明理工大学;2011年
6 陈建贞;温度、CO2浓度变化对自然生物膜的影响[D];南京林业大学;2013年
7 韦伟;车用热泵小管径换热器开发与性能研究[D];上海交通大学;2013年
8 王飞;正六边形球面肋板式换热器性能分析及优化设计[D];山东大学;2011年
9 蒋金云;聚合物微型换热器传热机理研究[D];北京化工大学;2011年
10 李俊超;燃气真空锅炉中换热管束的强化换热研究[D];郑州大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026