预混喷嘴式分流器对改善冷风机性能的实验研究

摘要

制冷系统运行过程中，决定蒸发器综合传热性能的重要条件是分流器对节流后气液两相制冷剂等干度、等流量分配。分流器通常按照标准工况设计，当系统偏离设计工况运行时，冷风机各支路压降差别增大，容易造成分流器的均匀分流能力大幅下降甚至丧失，导致蒸发器内各个流路供液不均。 本文优化了一种新型的分配机理的分流器，并提出了新型分流器性能的测试方法，分析了新型分流器的可行性，以及在当前形势下对于能源节约，降低企业运行成本意义深远。文中介绍了临界流理论，建立两相临界流动数学模型，并基于临界流理论对临界喷嘴的尺寸进行了选型计算，设计出一种新型的分流器，并对预混喷嘴式分流器进行CFD模拟得出以下结论：调整液体体积率为20%时，经过旋流叶片和整流器的整流作用下，到达各喷嘴入口时，气液混合基本均匀，分流器各个喷嘴入口的流型基本一致，达到了流型整定的作用，基本实现了分流器等干度等流量分配。这也和第五章中在设计工况下（库温-18℃），预混喷嘴式分流器对应的冷风机各支路不均匀度为0.78%相一致。本文将文丘里分流器，CAL分流器，气液分离式分流器，带喷嘴式分流器和预混喷嘴式分流器五种分流器连入冷风机测试系统，库温在0℃，-4℃，-8℃，-12℃，-16℃，-20℃，以及设计工况-18℃七种工况下采集并处理数据，得到五种分流器的不均匀度，平均过热度，以及对应冷风机的制冷量，传热系数，分流器压降，冷风机压降，和总压降，并绘制成图进行对比，通过实验研究以及数据分析得到主要结论如下： （1）实验结果表明，随着库温的降低，分流器的不均匀度也成下降趋势，当越接近喷嘴的设计工况，（蒸发温度-25℃，库温-18℃），喷嘴的分配效果最好，不均匀度只有0.78%，各支路供液均匀。相同工况下，预混喷嘴式分流器不均匀度最低，从低到高依次为带喷嘴的分流器，气液分离式分流器，CAL分流器，文丘里分流器。 （2）随着库温的降低，过热度呈现下降的趋势，在整个工况范围内，平均过热度最小的为预混喷嘴式分流器，相同工况下，其次是带喷嘴式，气液分离式分流器，CAL式分流器，文丘里式分流器对应的冷风机的过热度最大，当工况较低，在-8℃以下时，CAL，气液分离式分流器和喷嘴式分流器对应的冷风机的平均过热度都接近3℃以下,说明冷风机供液充分，冷风机蒸发面积得到了充分利用。 （3）在0℃库温时，预混喷嘴式分流器制冷量最大为8.65kW，其次是带喷嘴式分流器，测得制冷量为8.4 kW，在库温为0℃时预混喷嘴式分流器比带喷嘴式分流器，气液分离式分流器，CAL分流器，文丘里分流器其对应冷风机的制冷量分别提高了3.0％，10.9％，20.1％和25.4%。库温为-18℃时预混喷嘴式分流器对应的冷风机的制冷量为6.0kW，相比带喷嘴式分流器，气液分离式分流器CAL分流器和文丘里分流器其对应蒸发器的制冷量分别提高3.2%，9.2％，16.3％和22.7％。相同实验工况下，预混喷嘴式分流器对应的制冷量最大。 （4）随着库温的降低，冷风机的传热系数都随之降低。库温为0℃时，预混喷嘴式分流器对应冷风机的传热系数最大为39.0W/(m2·K)，分别比带喷嘴式，气液分离式，CAL，文丘里式分流器传热系数提高了3.2%，7.7%，17.5％和22.3％。库温为-18℃时传热系数为31.8 W/(m2·K)，相比喷嘴式，气液分离式分流器，CAL分流器，文丘里分流器对应的传热系数分别提高了0.7%，0.9％，10.1％和13.2％。相同实验工况下，预混喷嘴式分流器对应的传热系数最大。 （5）五种形式分流器的压降、冷风机的压降和冷风机的总压降都随着库温的降低而减小，预混喷嘴式分流器对应冷风机的压降最小，说明预混喷嘴式分流器供液充足，冷风机蒸发面积得到更充分的利用。其次是带喷嘴式，然后是气液分离式分流器,CAL，文丘里，预混喷嘴式分流器的压降占冷风机总压降的百分比最高，其他三种分流器的压降占冷风机总压降的百分比较小。预混喷嘴分流器的压降及总压降都是最大的，其次是文丘里，CAL，然后压降最小的是气液分离式分流器。 本文所设计的分流器提高了冷风机的蒸发压力，制冷量及换热系数，对优化制冷系统的整体性能有重要意义，实验结果表明：该分流器可以在一定程度上减少换热温差，降低了冷风机的不可逆损失，对冷风机的传热性能有了很大的提高，对当前形势下对于能源节约，降低企业运行成本意义深远。

目录

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2分流器研究背景

1.3分流器的国内外研究现状

1.4 研究内容

第二章 分流器的理论分析及设计

2.1 当前分流器的分配机理

2.2 优化分流器的分配机理

2.3 临界流动理论

2.4 两相临界流动数学模型

2.5 临界喷嘴的设计

2.6 本章小结

第三章 制冷系统分流器的CFD模拟

3.1 CFD基本控制方程

3.2 几种分流器的模型

3.3 分流器的湍流模型

3.4 多相流模型

3.5 旋流叶片的建模

3.6 分流器的网格划分

3.7 边界条件

3.8 数值模拟结果及分析

3.9 本章小结

第四章 实验台介绍

4.1 分流器性能测试实验装置

4.2 实验室技术参数

4.3 实验数据的采集

4.4 实验方法

4.5 实验开停机操作步骤

4.6 数据处理方法

4.7 本章小结

第五章 实验数据分析

5.1五种分流器下冷风机的平均过热度的分析

5.2五种分流器下不均匀度的分析

5.3五种分流器下冷风机的制冷量的分析

5.4五种分流器下冷风机的传热系数的分析

5.5五种分流器下冷风机的压降分析

5.6 不确定度的分析

5. 7本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢