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小管径换热器应用于房间空调器的设计方法

吴照国

  空调换热器的小型化不仅可以降低材料成本、制冷剂充注量和泄漏量,还可以增强换热、改善能效和提高安全性。采用小管径换热管是实现空调换热器小型化的主要手段。近年来,9.52 mm外径铜管已经不再大规模使用,7 mm外径管是空调换热器的主流管材。但随着R410A对R22的替代和换热器小型化的推进,管径7 mm以下的小管径换热管已经在空调换热器中使用,其中5 mm管换热器已经大量生产,4 mm管换热器已经成功开发,而3 mm管在换热器中的使用也提上了研究日程。空调器的小型化进程正在积极而稳健的推进中,因此有必要对采用小管径的房间空调器特性和设计方法进行研究,从而推进小管径换热管在房间空调器中的使用。 本文从已有的房间空调器换热管的管内制冷剂侧和管外空气侧的研究为基础,分析采用小管径后管内制冷剂侧和管外空气侧的换热与压降特性,并结合实际换热器设计情况,提出在不同约束条件下小管径换热器的设计方法和小管径房间空调器不同工况下的设计与匹配方法。本文研究的主要工作和结论如下: (1)总结现有小管径换热管内制冷剂的换热和压降特性研究,结合实际空调运行工况下的制冷剂质量流量范围,分析得出换热器采用小管径后管内换热可增强的依据。同时,从理论上推导换热器采用小管径后分路数的计算公式,并进行了实验验证。 (2)总结翅片管的空气侧换热和压降的特性研究,得出目前还没有关于小管径翅片空气侧换热和压降研究的报道。本文根据空调器运行工况,从空气侧换热和翅片效率两方面分析现有小管径翅片的不足,同时,提出了小管径翅片的设计方法、设计步骤、设计实例和设计结果。 (3)按照房间空调换热器的设计约束条件,将采用小管径后换热器的设计目标转化为数学函数。基于现有的换热器仿真与优化软件,提出了换热器采用小管径后的结构不变的枚举设计法和结构变化的表面反应设计法,并利用实验数据对设计方法进行验证。同时,提出了房间空调器在单冷工况和热泵工况下采用小管径的设计与匹配方法。 (4)以一款实际的房间空调为例,分别介绍如何将室内机和室外机换热管替换为小管径的设计过程,以及不同翅片形式下的设计结果,同时根据换热器的设计结果,进行单冷工况和热泵工况下系统的性能匹配,并分析了不同能效压缩机对系统性能的影响。 最后,简述了本文工作存在的不足和进一步的研究设想。……   
[关键词]:换热管;小管径;房间空调器;换热器;优化;设计
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2011年
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