低溫高濕環(huán)境下翅片局部結(jié)霜數(shù)值計算方法與模擬.pdf

1、空氣源換熱器作為一種能夠一機多用,且相對安裝便捷的冷熱源設(shè)備在我國冬冷夏熱地區(qū)廣泛應(yīng)用。然而在以這一區(qū)域,空氣源熱泵在冬季運行過程中受到當(dāng)?shù)氐蜏馗邼癍h(huán)境的影響,其室外換熱器表面會嚴重結(jié)霜。盡管目前有大量的研究著眼于解決在該地區(qū)冬季工況下熱泵結(jié)霜的問題,然而只有少數(shù)學(xué)者注意到在翅片的表面霜層的凝結(jié)和生長是不均勻的,這種不均勻是加劇空氣阻塞的主要原因。除去部分研究闡明了霜層在平行板上的局部分布或者換熱器翅片上的平均分布外,目前沒有可靠的數(shù)據(jù)

2、表明在真實換熱器表面霜層的局部分布情況。因此本文著重于模擬在低溫高濕空況下,管翅式換熱器的局部結(jié)霜狀況以及換熱特性。
　　 由于在普通的管翅式換熱器的翅片板厚度極薄(10-1mm)且翅片間距僅為2.5mm左右,在數(shù)值計算過程中用整場耦合的方法會過分依賴計算機的硬件配置和性能。為此本文采用了分模塊迭代的方式進行耦合以及相應(yīng)的離散方法。與前人的工作不同,本文中所用的模塊均為三維模塊,且模塊各自獨立,接觸面上的網(wǎng)格也不重疊。為了驗證本

3、文所提供的計算方法的準確性本文模擬了前人試驗中的案例并與實驗數(shù)值對比,得到了較好的驗證。
　　 隨后本文利用FLUENT商用計算流體軟件對換熱器在不同空氣入口流速的情況下對相似對照工況進行模擬。得到了在僅有顯熱交換下翅片表面溫度分布以及對流換熱系數(shù)與速度之間的關(guān)系。并且利用了本文的結(jié)果檢驗了通用開源軟件EVSIM中對于多排管的管翅換熱器不同管排對換熱器總的平均換熱系數(shù)的貢獻權(quán)重的假設(shè)。本文發(fā)現(xiàn),EVSIM中各管排等權(quán)重的假設(shè)是不

4、妥的。以兩排管的翅片換熱器為例,按照EVSIM中給出的公式計算,頭排的換熱熱流密度時第二排的1.5～2倍。而且在EVSIM中給出的管排局部對流換熱系數(shù),雖然方便與工程應(yīng)用計算,但是忽略了在多排管換熱氣中頭一排翅片管的換熱溫差明顯大于第二排翅片管的。本文的計算同時說明了如果在嚴格定義翅片管的局部換熱溫差后,各排管的局部平局對流系數(shù)是非常接近的。
　　 在后面的工作中,本文利用FLUENT軟件,采用上文中提到的耦合方式以及SIMPL