R410a的板式蒸发器换热与压降分析

毕业设计-蒸发器

第43卷第10期

2009年10月

上海交通大学学报

JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY

Vol.43No.10 Oct.2009

文章编号:1006 2467(2009)10 1612 04

R410a的板式蒸发器换热与压降分析

邱 峰, 曾伟平, 谷 波

(上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240)

摘 要:基于某型号板式换热器实验数据,对已有的换热模型进行了误差分析和比较.在以R134a为工质的YanandLin蒸发器换热模型基础上,通过对R410a物性分析,提出了修正形式,同时,比较了板式蒸发器2种压降模型.结果表明:该换热模型适用于R410a板式蒸发器;与已有的换热模型比较,该模型拟合精度提高了10%,平均误差为6.5%,且离散度大幅减小.关键词:板式换热器;单相换热;两相换热;压降中图分类号:TB65 文献标志码:A

HeatTransferandPressureDropAnalysisonEvaporationof

RefrigerantR410ainPlateHeatExchanger

QIUFeng, ZENGWei ping, GUBo

(InstituteofRefrigerationandCryogenicsEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)

Abstract:Thispapercompareddifferentmodelsoftheheattransferanddidtheerrorsanalysisbasedontheexperimentaldataofspecialplateheatexchanger(PHE).BystudyingthecharacterofR410a,thepapermodifiedtheYanandLinmodeltogetthereasonableR410aonewhichimprovestheaccuracy10%withaverageerror6.5%.Besides,twopressuredropmodelswerediscussed.ThispaperwillhelpdesignthePHEandprovidemodelstosimulatethesystem.

Keywords:plateheatexchanger;single phaseheattransfer;two phaseheattransfer;pressuredrop

符号说明:

Bo 沸腾数deq 当量直径,mqm 质量流量,kg/sh 换热系数,W/(m2 K)L 流道长度,mNu 努塞尔数Pr 普朗特数p0 饱和压力,Papcr 临界压力,Pa

pf 摩擦压降,kPa pc 局部压降,kPaQ 换热量,WRe 雷诺数x 干度

-x 平均干度

下标C 冷水eq 当量参数g 气体H 热水in 进口out 出口w 管壁l 液体

w 流速,m/sv 比体积,m3/kg 密度,kg/m3

收稿日期:2008 11 03

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50876059)

作者简介:邱 峰(1984 ),男,辽宁沈阳市人,硕士生,主要从事板式换热器的数字化设计研究.

谷 波(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021 34206260;E mail:gubo@http://www.77cn.com.cn.

毕业设计-蒸发器

第10期

邱 峰,等:R410a的板式蒸发器换热与压降分析

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板式换热器作为一种高效、紧凑的换热设备,已成为换热部件中的重要产品.目前,对板式换热器的研究大多集中于单相流体,而对两相流体的换热与压降特性分析还很少.虽然针对特定区间提出了一些关联式,但因其使用局限而不能很好地推广.

R410a作为制冷剂,由于其良好的热物理性质而被用到制冷行业[1].与R134a相比,R410a具有更高的导热系数和更低的黏度,因此有着更好的传热性能.同时,在蒸发工况下,R410a的压降梯度只有R134a的1/2,故同样条件下的压降更小[2].

本文应用实验数据比较了多种换热模型及压降模型的误差,总结了影响换热与压降的主要因素,提出了基于YanandLin模型的修正形式,从而减小了换热误差和离散度.

中的参数分别为:a1=2.4837,a2=0.8158,a3=0.6665,a4=-0.4037.将式(4)计算值与实验值相比较,其结果如图1所示.

图1 各文献模型实验值与计算值比较

1 蒸发器换热模型

1.1 蒸发器水侧换热模型

在实验过程中,蒸发器单相侧(水侧)的换热模型直接影响到获得制冷剂侧的换热系数.本文用威尔逊标绘法得到水侧的h换热公式.

根据某系列板式换热器中V35型号的单相实验数据,得到热水侧的换热模型为

NuH=0.2445Re

0.7421H

0.3H

[3]

Fig.1 Comparisonoftheresultsbetween

experimentandcalculation

由图1可见,该模型离散度很大,平均误差达到了16.2%.事实上,通过实验可见,制冷剂流量和干度对其换热影响也较为明显,但该模型没有考虑.1.2.2 WebbandPaek模型[5] WebbandPaek模型是在YanandLin模型的基础上修正得到的,其R134a实验关联式为 Nu=4.36Pr(1-x )

(C3Bo+C4)式中:C1=-0.0124qm

-0.368

3

Pr

w

0.14

(1)

-0.5

hH的模型计算值与实验值平均相对误差为1.6%,最大相对误差为2.1%.同样求得冷水侧的模型为0.140.67540.4

NuC=0.3298ReCPrC(2)

w1.2 蒸发器两相换热模型

目前,对两相蒸发换热研究较少,且已有的模型应用存在很大局限性.文献[4 6]中分别给出了以R134a和R410a为工质的蒸发换热实验关联式.本文通过比较,得到了更好的修正形式.

1.2.1 YanandLin模型[4] YanandLin模型是以R134a为制冷剂的蒸发换热实验模型,即 Nu=1.926PrBoeqReeq!

l

(1-x)+x

g

0.5

3

(C1Reeq+C2)!

(5)

0.514

;C2=1.49qm

0.931x

;C3=

-1166x+1028;C4=0.53e.

WebbandPaek模型充分考虑了流量对换热的影响.本文获得该模型的半经验公式,并进行R410a的推广,建立如下模型:

4

)2(a3qmReeq+a5qm6)!Nu=a1Pr(1-x

3

aaa

(a7x+a8)Bo+a9e10(6)

式中,a1~a10为模型参数,拟合得到的各参数如表1所示.

表1 WebbandPaek模型的参数Tab.1 ParametersofWebbandPaekmodel

a

-0.30.5

(3)

参数a1a2a3a4a5

数值-0.0636-1.60810.01930.401477.1450

参数a6a7a8a9a10

数值0.7243284.3014-199.4680-0.75604.9102

由于实验条件不同及板片型号不同,直接采用该模型有很大的局限性.将其作为半经验模型并推广到本实验中,以R410a作为制冷剂所得模型为 Nu=a1PrBoRe

(1-x)+x

a2eqa3eq

!

0.5

a4

l

(4)

g 式(6)的计算值与实验值比较结果如图1所示.,,

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型误差如表2所示.

第43卷

中很多换热系数小的点落在了 5%以外,平均误差为10%,且有些点的误差超过了40%.虽然式(6)在YanandLin模型的基础上考虑了流量的影响,但是蒸发温度也是不可忽略的影响因素,它直接决定了制冷剂的物性,从而改变了换热效果.该模型由于形式较复杂,给迭代和拟合过程带来很大的困难,故不推荐使用.

1.2.3 HsiehandLin模型

[6]

HsiehandLin模

型是以R410a为工质的实验模型.在该实验模型中,比较了不同热流密度对换热的影响:Nu=0.2092RePr

w

将式(7)整理为半经验模型:

0.78

0.14

88Bo

0.5

(7)

图2 修正模型实验值与计算值比较

Fig.2 Comparisonoftheresultsbetweenexperimentand

modifiedmodel

表2 各模型误差表Tab.2 Errorsofallmodels

模型YanandLin模型WebbandPaek模型HsiehandLin模型

修正模型

平均相对误 …… 此处隐藏：5463字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……