風側換熱器分液均衡問題的研究

1分液器性能的影響傾斜軸的冷熱聯(lián)產機具有很大的可靠性。為了達到最佳的換熱效果，應采用全方位連續(xù)的形式，實現最佳換熱，保持最佳冷凍速度，并將壓力降至特定范圍。風冷螺桿熱泵機組在冬季制熱運行時,翅片換熱器作為蒸發(fā)器使用,蒸發(fā)器進口處的分液器把節(jié)流后的制冷劑分成幾個流程分配到蒸發(fā)器中完成蒸發(fā)。此時,分液器的性能直接影響了進入蒸發(fā)器各流程的制冷劑流量。一方面要求管內制冷劑有一定的流速,以達到設定的換熱系數;另一方面要求蒸發(fā)器表面均勻結霜,以保持換熱系數的均勻。而分液器性能若較差,將導致蒸發(fā)器有些流程流量過小,造成該流程嚴重過熱、換熱器浪費;同時另一些流程的流量偏大,制冷劑蒸發(fā)不充分,甚至造成吸氣帶液,性能惡化,并影響結霜性能。2氣流分析及適用條件由于翅片換熱器的回氣溫度反映了換熱器的換熱性能。在相同的工況和迎面風速下,在翅片換熱器的集氣管上進行測試,以發(fā)現翅片換熱器分液情況的規(guī)律性,研究影響蒸發(fā)器結霜的因素。翅片換熱器由4排肋管組成,W形排列,管材采用直徑為9.52mm的銅管,外套連續(xù)整體鋁片。鋁片為波紋型,片厚0.115mm,片間距為2.1mm。分為4個系統(tǒng),溫度測量采用數字測溫儀測量集氣管回氣溫度。2.1翅片間距的影響風機風量對結霜的影響,同時也表現為風速對結霜的影響。風速較高,一方面能強化空氣側的換熱,另一方面由于風量較大,空氣的溫降較小,蒸發(fā)溫度相應較高,翅片表面溫度較高,因此對抑止結霜有利。另外,由于風速能夠吹走掛在翅片表面形成的冰晶,對換熱和防止結霜都有利。翅片換熱器翅片間距小,翅片數增加,因而換熱器的換熱面積增加。但翅片間距小會使空氣阻力加大,因此風量減少,風速也相應減少。由于翅片間距小的換熱器,蒸發(fā)面積相對較大,因此在開始運行時,蒸發(fā)溫度較高,翅片表面溫度也較高,雖然結霜量也相對較少,但結霜對間距較小的換熱器的影響就相應較大,所以,在結霜過程中,蒸發(fā)溫度的下降,翅片表面溫度的下降也就比翅片間距較大的快,供熱量的下降也更快。引起進風量不均可能的原因有:(1)風冷螺桿熱泵機組,W形的風側換熱器,下部空氣流道狹小,氣流阻力大;(2)頂出風結構,上部換熱器兩側壓差要大于下部換熱器壓差。對左側兩組換熱器實驗結果(圖1)可以看出,在換熱器上下回氣溫度分別出現了波動,由于風量不均而影響換熱。2.2分液器和分路數對適用于熱泵機組運行的影響在任何負荷情況下,分液器都應向翅片換熱器提供精確的制冷劑供給,保證各路盤管內流入等量的液體。分配性能好的分液器,可以使翅片換熱器均勻換熱,維持較小的溫差,而分配性能較差的分液器,常常造成分液器至翅片換熱器上的不均勻結霜,換熱溫差增大。性能好的分液器,可以在工況變化時仍保證翅片換熱器換熱面積的有效利用,提高熱泵機組的經濟性。而性能較差的分液器,達不到均勻分液的效果,會造成翅片換熱器換熱量減小,膨脹閥誤動作,還會造成翅片換熱器不均勻的結霜,影響系統(tǒng)性能。因為從膨脹閥出來的制冷劑氣液兩相流,通常為氣泡流或團狀流、霧狀流的流型,經過分液器等量地分配到各路盤管中去。翅片分路數的減少會使得每個分路的制冷劑流量增加,因此制冷劑流速增加,換熱加強;另外,分路數減少使得翅片管長度加長,使得蒸發(fā)面積增加,蒸發(fā)溫度相應較高,所以換熱性能更好。當然必須考慮制冷劑在管內的阻力來確定翅片的分路數。機組實驗時,在換熱器上下回氣溫度分別出現了一些沒有規(guī)律的波動,換熱器上半部份回氣溫度均較高,下半部份回氣溫度均較低,在換熱器中部均有突變。這與換熱器的分液器布置情況一致,進入各分液器的制冷劑量不均。3脹閥的制冷劑的安裝不思想分液器是保證液態(tài)制冷劑能夠均勻地分配給各路肋管的主要部件。由于來自膨脹閥的制冷劑是濕蒸氣,當安裝不當時,將會導致某些肋管通過的氣態(tài)制冷劑少,這種不均勻性會影響傳熱效果,分液器的作用是解決分液不均的問題。當制冷劑在各個蒸發(fā)管束中的阻力損失不相同,不能保證各路的供液量均勻了。3.1調整換熱器管路布置要改善進風不均的困難較大,所以改進方案的主要思路是通過調整制冷劑的流量,使得制冷劑流量與風量達到較好的比配。因為換熱器上部換熱效果較好,下部換熱器換熱效果較差,調整換熱器管路布置可以使每一路制冷劑一半的流程在換熱器上部一半在換熱器下部來均衡每一路的制冷效果。調整后的換熱器管路布置可以看出(圖3),分液效果有了明顯的改善。3.2分液器內部形成霧狀流流經分流器的冷媒是汽液兩相混合流(干度一般為0.2);此時,流體視表面張力、慣性力及粘性力三者的大小對比的不同而可能出現層狀流、環(huán)狀流、波狀流、霧狀流等不同流態(tài)。其中只有霧狀流才會使汽液兩相均勻地混合,從而達到密度的均勻性。分液器分流不均的主要原因是內部兩相流態(tài)的不均,只有當分液器內部形成霧狀流,才具有最均勻的流態(tài)。而達到霧狀流需滿足:We≥40且Fr≥7(1)其中Weber數We=G2×Dσ×ρWe=G2×Dσ×ρ,它是表征慣性力與表面張力之比;Froude數Fr=v2g×DiFr=v2g×Di,它是表征慣性力與重力之比。式中的G是質量流速,D是管道內徑,σ是液相表明張力,ρ是密度,g是萬有引力常數。另外,也有Weisman的計算公式,需滿足Gl≥10E+07,其中G=mA=mπd2/4(2)G=mA=mπd2/4(2)液相表觀質量流率Gl的定義為:Gl=m(1-x)/A(3)由上兩種方法,可計算出普通430kW的風冷螺桿熱泵機組(36孔分液器使用較多的機型),要在分液器混合室獲得霧狀流需滿足混合室的內徑小于2—3mm。實驗中采用了幾種內徑為2.5mm的新型分液器,分液情況及趨勢已經改變(圖4),從表1的比較還可以看出,同時系統(tǒng)的