空調(diào)器結(jié)構(gòu)設(shè)計對提高產(chǎn)品性能的影響

周 雷

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山528311）

家用空調(diào)中的蒸發(fā)器以及冷凝器都被稱為熱交換器，熱交換器是空調(diào)的重要組成部分，空調(diào)熱交換器設(shè)計的優(yōu)良水平很大程度的影響到了空調(diào)器制冷、制熱能力能效指標(biāo)。 為了促進空調(diào)器節(jié)能技術(shù)的進步， 世界各國都制定了各地相應(yīng)的能源能效的政策以及技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，提倡節(jié)能降耗，從而推動空調(diào)器能力能效標(biāo)準(zhǔn)的提升。

1 空調(diào)散熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

1.1 基本假設(shè)以及數(shù)學(xué)模型方面

對家用空調(diào)的換熱器整個能量的供給現(xiàn)在有兩種可能，一個是假設(shè)具有恒定的熱流密度， 第二個是假設(shè)具有始終恒定的換熱器壁溫.以下所研究的家用空調(diào)換熱器均是采用始終恒定的壁溫的假設(shè)進行一系列計算的。首先就要考慮到空調(diào)的換熱器整體的結(jié)構(gòu)具有一定的對稱性，在以下的所定義的換熱器均為固體的邊界執(zhí)行條件，空調(diào)換熱器進出口的具體風(fēng)道和翅片之間具體的空氣流道來做為流體具體的邊界條件，在進口及出口的風(fēng)道所使用的默認的設(shè)置均為固壁的邊界具體條件。 換熱器的空氣在入口的界面所在處均采用的是Velocity來作為邊界的條件，換熱器氣流的流出的界面所采用的是Outlet 的邊界條件。 在具體的高風(fēng)速的實際工況下，對單元的出口的邊界會出現(xiàn)一定的回流現(xiàn)象，在具體研究的過程中所使用的模型中是采用Outlet來作為具體的邊界條件來進行假設(shè)所可能產(chǎn)生的誤差來對整個計算過程的精度造成的具體影響都會在誤差所允許的范圍內(nèi)，在家用的空調(diào)的換熱器的翅片上吹過的空氣造成非常高的風(fēng)速，這樣就會導(dǎo)致?lián)Q熱器的壓力發(fā)生的損失非常的大以及動力的消耗在急劇的進行增加，如果風(fēng)速在非常低的情況下就會由于空調(diào)在制冷的時侯空氣在整個換熱器的表面發(fā)生析濕狀況，這樣就會使空氣一側(cè)的空調(diào)換熱的系數(shù)發(fā)生降低，就會導(dǎo)致空調(diào)的換熱器自身的換熱功能得不到最大可能的發(fā)揮，不能滿足制冷的要求，所以家用的空調(diào)機所設(shè)置進風(fēng)的速度一般情況下在2～3 米每秒之間。

1.2 對設(shè)計的數(shù)值模擬的結(jié)果進行分析

空調(diào)的換熱器在空氣的一側(cè)具體的換熱系數(shù)隨著換熱器翅片的具體厚度發(fā)生增加反而減小，但是進口出口的具體壓降卻是隨著翅片的厚度發(fā)生的增加而相應(yīng)的增大，如果這樣翅片的內(nèi)部具備的導(dǎo)熱熱阻可以進行忽略不計， 換熱器翅片的內(nèi)外具體溫度場的分布如果均勻， 翅片上的總熱量就比較容易通過空氣的流通和對流來將熱量帶走，這樣換熱的能力就比較強，但是翅片的厚度在增加的時侯空氣在橫掠國翅片的時侯所受到的總阻力就會相應(yīng)的增加，所以進出口的壓降發(fā)生增大。

換熱的系數(shù)伴隨著翅片的發(fā)生的高度變化而相應(yīng)的存在轉(zhuǎn)折點，在翅片的高度發(fā)生大于這個轉(zhuǎn)折點的值之后空調(diào)的換熱系數(shù)就會發(fā)生急劇的減小，但是當(dāng)換熱器翅片的高度過大的時侯換熱器翅片的總體換熱效率就會發(fā)生下降，這樣就會使空調(diào)換熱系數(shù)發(fā)生減小，這個時候如果增大換熱器翅片的高度，就將會造成整個換熱器的質(zhì)量以及體積發(fā)生增加，但是雖然換熱的面積發(fā)生了增加，但是整個空調(diào)的換熱量卻不會發(fā)生變化甚至有的時候還會減小，在考慮到整體施工的經(jīng)濟因素這種做法不合理， 所以選取的換熱器翅片的厚度越小就越好。換熱器的翅片自身的波紋長度對整個換熱器的換熱系數(shù)以及進口出口的壓降會有一定的影響，在家用的換熱器的空氣以側(cè)具體的換熱系數(shù)在波紋的長度發(fā)生增加的時候隨之發(fā)生降低，但是降低的速率是隨著換熱器波紋的長度發(fā)生增加而相應(yīng)的減小.所以這就需要綜合的進行協(xié)調(diào)空調(diào)的換熱系數(shù)和換熱器的進口出口的壓降兩者之間的相對平衡，方便在以后獲得比較高的空調(diào)換熱系數(shù)的時侯也能夠使沿程的具體壓降以及能量的損失維持在一個比較小的數(shù)值。

2 空調(diào)表冷器性能的仿真

2.1 性能仿真理論的基礎(chǔ)

家用空調(diào)箱的表冷器大多數(shù)采用的是翅片管式的換熱器來作為空調(diào)的換熱設(shè)備，其外部是已經(jīng)被處理過的空氣，其內(nèi)部主要是走冷水及熱水。 保證空調(diào)內(nèi)的空氣和水的換熱模型的通用性能良好，使家用空調(diào)能夠在大風(fēng)量以及多排數(shù)的情況下還能夠保證整個模型的物理意義，并且它的算法還要保證具有穩(wěn)定性和完整性，其仿真的程序穩(wěn)定的來進行對極限情況的計算。

2.2 仿真模型的求解

這種仿真模型的算法其自身的主體思想是來通過進行假設(shè)水的流量，進而來根據(jù)水一側(cè)的能量守恒以及傳熱關(guān)系進行計算空調(diào)的全冷量以及內(nèi)壁溫，并且根據(jù)空調(diào)空氣側(cè)的能量守恒定律以及管壁的導(dǎo)熱方程來計算換熱器的外壁溫同時來計算出風(fēng)的干球溫度等一系列的計算。

2.3 空調(diào)的表冷器實行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在對家用空調(diào)箱的表冷器進行選型的過程中，所使用的機組風(fēng)量以及尺寸是定值，所以表冷器迎風(fēng)的面積和每排的管數(shù)及水路數(shù)等重要參數(shù)都是一定的。 在具體的實際應(yīng)用中，需要進行選用的是既能夠滿足空調(diào)換熱的需求，其水阻又比較小的具體回路形式。

3 對空調(diào)換熱器的試驗研究

3.1 空調(diào)換熱器結(jié)構(gòu)

依據(jù)數(shù)值的模擬進行計算的結(jié)果，來相應(yīng)的進行制作研發(fā)的新型家用的空調(diào)換熱器，主要采用的是全鋁的無接觸式的熱阻波紋型翅片的空調(diào)換熱器，其空調(diào)通道間的壁厚設(shè)置為1 毫米，使用的冷媒通道設(shè)置為4 等等。 由于家用空調(diào)翅片以及冷媒的通道是一體化成型的，這樣就可以徹底的消除產(chǎn)生的接觸熱阻，進而實現(xiàn)換熱器的內(nèi)部導(dǎo)熱能力能夠得到充分的發(fā)揮。

3.2 換熱器試驗的條件

空調(diào)試驗的樣品在空調(diào)的制冷量的試驗測定中主要有以下兩種辦法，一是量熱計法，二是空氣的焓值法.這個試驗的主要原理是保證在整個運行的工況保持相同的情況下來進行測定具體家用的空調(diào)原機自身的制冷量以及功耗和在使用新型的冷凝器之后家用的空調(diào)機自身的制冷量以及功耗的變化，對新型的家用空調(diào)的冷凝器擁有的換熱性能和替代空調(diào)原機的冷凝器自身的可行性進行一系列的分析和判斷。

3.3 試驗的結(jié)果分析

在試驗的情況一定的情況下，來進行對家用空調(diào)的原機和使用比較新型的冷凝器的家用空調(diào)機來進行科學(xué)全面的對比性試驗，進而來得到空調(diào)的制冷量和出風(fēng)口時刻的溫度來做對比曲線，家用空調(diào)換熱器是翅片式的其自身的換熱量大多數(shù)的情況下都是隨著具體的換熱器自身具備的傳熱面積發(fā)生的減小相應(yīng)的進行減小。如果研究的家用空調(diào)的冷凝器相比原機的翅片管式的冷凝器的所具備的表面積減小，但是他的制冷量卻要比空調(diào)原機的要高。這就表明這個新型的冷凝器具體的傳熱性能要比管片式的冷凝器性能要好很多。

4 結(jié)語

由于組合式家用空調(diào)機組數(shù)字化設(shè)計以及仿真操作平臺的需求，需建立工作相對穩(wěn)定的空調(diào)表冷器的集中參數(shù)的模型，它的主要優(yōu)點是能夠進行快速和正確的模擬性能的參數(shù)，并能隨著結(jié)構(gòu)的整體變化趨勢， 系統(tǒng)化的反映空調(diào)器換熱總量和阻力損失發(fā)生的具體情況，從而利用具體的能量系數(shù)法進行有效計算，最終得出交叉槽的強化管的換熱效率比螺旋槽的強化管的換熱效率要高多的結(jié)論，交叉槽的強化管相對直槽的強化管更具換熱優(yōu)勢。

［1］何明勛，陶正良，王冬梅.水—空氣翅片管換熱器實驗研究與數(shù)值模擬[J].制冷學(xué)報，2006，27（5）：58-62.

［2］吳揚，鄧斌，等.采用不同慣性結(jié)構(gòu)管翅式冷凝器傳熱性能分析與研究[J].制冷與空調(diào), 2010(11):176-179.