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淺析翅片管散熱器蓄冷過程的特性

淺析翅片管散熱器蓄冷過程的特性

淺析翅片管散熱器蓄冷過程的特性

根據盤管在蓄冰期換熱系數較低的情況,提出采用翅片管做蓄冰換熱器的方案,并以片距12.7mm的翅片管散熱器進行了實驗,得到了翅片管散熱器蓄冷周期的制冷量變化規律、結冰界面的推進過程以及冰層厚度的分布情況,對後續翅片管蓄冰槽的研究有參考意義

冰蓄冷空調系統中,蓄冰槽的換熱性能至關重要,已成為蓄冷技術研究的重點之一。冷媒盤管直接蒸發式蓄冷槽中制冷劑與水直接換熱,沒有二次傳熱損失,因而得到較為廣泛的應用,然而,由于冰層熱阻較大,導緻換熱性能并不好。杜豔利等[1]對直接蒸發内融冰式盤管進行了實驗,得出在蓄冷運行工況下,傳熱系數為30~40W/(m2·K)。王麗娜等[2]對冰盤管的凝固過程進行了數值模拟,建議以Bi<15來選擇管内對流換熱系數h和管徑d。周光輝等對盤管不同密度布置下的蓄冷特性進行了研究,得到在3倍現有盤管布置密度下,低溫取冷時間延長了69%,取冷速率提高了97%。杜恩傑等認為,開放式蓄冰槽在停機時,極易出現空調末端冷水倒流,導緻電磁閥、電動閥調節失效,因此,提出采用殼管式換熱器做蓄冰槽的技術方案,并進行了相應的性能實驗。周俊凱等[5]針對内融冰出水溫度高,外融冰蓄冰率低的問題,提出了内外融冰結合的取冷方式,并進行了相應性能實驗。部分研究也以其他形式的蓄冰槽。李明海等則針對航天器中的熱泵系統,提出采用套管式換熱器做為蓄冷制冰的換熱裝置,并進行了數值模拟。張華等則對以聚乙烯為殼體材料的冰球進行了數值模拟,建議Bi>1000。

盤管直接蒸發式蓄冷槽在蓄冷階段,随着結冰層不斷增厚,其熱阻也随之不斷增大,因此,加大管外換熱面積,減少冰層厚度是提高換熱性能的關鍵,單純提高盤管密度會占據較多的蓄冰空間,緻使IPF過小,而管外加裝翅片既可增大換熱面積,又基本不減少蓄冰槽的有效蓄冰空間。因而以翅片管做蓄冷用換熱器應是可選的技術方案之一。筆者已對管徑為9.52mm,管間距為25.4mm,平滑鋁制翅片,片厚為0.2mm的翅片管散熱器進行了實驗研究,并與規格、長度、布置相同的無翅片盤管進行實驗對比,得到翅片管散熱器蓄冷系統蓄冷周期平均制冷量(忽略漏熱損失,即蓄冷量)提高15.3%(水泵停止),蓄冰量高出25.9%的效果。在蓄冷開始時,以折算成管外壁面積的傳熱系數的比值K翅片管/K盤管在1.0附近,即強化效果不明顯,蓄冷中後期(135min)後,傳熱系數比開始逐漸增大,到蓄冷後期,達到2.52。