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浅析翅片管散热器蓄冷过程的特性

浅析翅片管散热器蓄冷过程的特性

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浅析翅片管散热器蓄冷过程的特性

根据盘管在蓄冰期换热系数较低的情况,提出采用翅片管做蓄冰换热器的方案,并以片距12.7mm的翅片管散热器进行了实验,得到了翅片管散热器蓄冷周期的制冷量变化规律、结冰界面的推进过程以及冰层厚度的分布情况,对后续翅片管蓄冰槽的研究有参考意义

冰蓄冷空调系统中,蓄冰槽的换热性能至关重要,已成为蓄冷技术研究的重点之一。冷媒盘管直接蒸发式蓄冷槽中制冷剂与水直接换热,没有二次传热损失,因而得到较为广泛的应用,然而,由于冰层热阻较大,导致换热性能并不好。杜艳利等[1]对直接蒸发内融冰式盘管进行了实验,得出在蓄冷运行工况下,传热系数为30~40W/(m2·K)。王丽娜等[2]对冰盘管的凝固过程进行了数值模拟,建议以Bi<15来选择管内对流换热系数h和管径d。周光辉等对盘管不同密度布置下的蓄冷特性进行了研究,得到在3倍现有盘管布置密度下,低温取冷时间延长了69%,取冷速率提高了97%。杜恩杰等认为,开放式蓄冰槽在停机时,极易出现空调末端冷水倒流,导致电磁阀、电动阀调节失效,因此,提出采用壳管式换热器做蓄冰槽的技术方案,并进行了相应的性能实验。周俊凯等[5]针对内融冰出水温度高,外融冰蓄冰率低的问题,提出了内外融冰结合的取冷方式,并进行了相应性能实验。部分研究也以其他形式的蓄冰槽。李明海等则针对航天器中的热泵系统,提出采用套管式换热器做为蓄冷制冰的换热装置,并进行了数值模拟。张华等则对以聚乙烯为壳体材料的冰球进行了数值模拟,建议Bi>1000.

盘管直接蒸发式蓄冷槽在蓄冷阶段,随着结冰层不断增厚,其热阻也随之不断增大,因此,加大管外换热面积,减少冰层厚度是提高换热性能的关键,单纯提高盘管密度会占据较多的蓄冰空间,致使IPF过小,而管外加装翅片既可增大换热面积,又基本不减少蓄冰槽的有效蓄冰空间。因而以翅片管做蓄冷用换热器应是可选的技术方案之一。笔者已对管径为9.52mm,管间距为25.4mm,平滑铝制翅片,片厚为0.2mm的翅片管散热器进行了实验研究,并与规格、长度、布置相同的无翅片盘管进行实验对比,得到翅片管散热器蓄冷系统蓄冷周期平均制冷量(忽略漏热损失,即蓄冷量)提高15.3%(水泵停止),蓄冰量高出25.9%的效果。在蓄冷开始时,以折算成管外壁面积的传热系数的比值K翅片管/K盘管在1.0附近,即强化效果不明显,蓄冷中后期(135min)后,传热系数比开始逐渐增大,到蓄冷后期,达到2.52。本文将对翅片管换器蓄冷的过程特性进行研究。

针对片距为12.7mm的翅片管散热器,进行相关的蓄冷实验,揭示了其蓄冷周期的制冷量变化规律,结冰界面的推进过程,冰层厚度的分布情况。翅片管散热器在蓄冷周期内,传热系数比较稳定,不会出现因冰层加厚而使传热恶化的现象。


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