適合小管徑空調(diào)器的分配器分流性能評(píng)價(jià)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高 揚(yáng) 翁曉敏 丁國(guó)良 胡海濤 宋 吉 高屹峰

(1上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所 上海 200240；2國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì) 上海 200020)

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適合小管徑空調(diào)器的分配器分流性能評(píng)價(jià)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高 揚(yáng)1翁曉敏1丁國(guó)良1胡海濤1宋 吉2高屹峰2

(1上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所 上海 200240；2國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì) 上海 200020)

為了開發(fā)具有最佳流量分配性能的小管徑空調(diào)分配器，本文采用數(shù)值仿真和空氣-水實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法評(píng)價(jià)了常用分配器的分流性能，提出分配器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，并利用空調(diào)整機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的改進(jìn)效果。對(duì)于三種比較適合于小管徑空調(diào)器的分配器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算表明，插孔式分配器的分流性能最佳，在額定制冷和額定制熱工況下流量分配不均勻度均小于6%；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算得出的分配器流量分配不均勻度結(jié)果吻合，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的偏差都在15%以內(nèi)。利用驗(yàn)證過(guò)的仿真模型，對(duì)插孔式分配器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后的分配器應(yīng)用于空調(diào)整機(jī)后，系統(tǒng)能效提高了2.2%～2.7%。

小管徑空調(diào)；分配器；分配均勻度；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

小管徑空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了空調(diào)用銅量和材料成本[1]，而且減少了制冷劑的充注量，使環(huán)保新型工質(zhì)(如R290、R32)應(yīng)用于空調(diào)器成為可能[2]。

小管徑空調(diào)(管徑≤5 mm)通常采取多流路并聯(lián)布置的換熱器，從而避免壓降過(guò)大造成性能下降[3]。但是，多流路布置會(huì)導(dǎo)致各路的制冷劑分配不均勻[4]。制冷劑液相分配偏少的支路內(nèi)，工質(zhì)很快全部蒸發(fā)成氣體，換熱面積未能有效利用；制冷劑液相分配偏大的支路內(nèi)，工質(zhì)出口過(guò)熱度很小，甚至可能有未蒸發(fā)的液體，造成空調(diào)系統(tǒng)的換熱能力惡化，從而降低了能效[5]。因此需要性能優(yōu)異的分配器來(lái)保障制冷劑均勻分配給換熱器的各個(gè)支路[6]。

當(dāng)前，空調(diào)分配器的研究主要圍繞流量分配性能的影響因素展開。韓清等[7]研究了分配器進(jìn)口質(zhì)量流量和干度對(duì)分配器流量分配影響。結(jié)果表明，進(jìn)口干度越小，質(zhì)量流量越大，越有利于流量分配均勻; 翁曉敏等[8]實(shí)驗(yàn)研究了不同安裝傾角下的反射式分配器的分配性能，發(fā)現(xiàn)反射式分配器在傾斜安裝時(shí)仍具有優(yōu)良分配性能; 王志毅等[9]通過(guò)調(diào)整分配器混合腔內(nèi)徑發(fā)現(xiàn)，氣液兩相流達(dá)到霧狀流時(shí)分配性能達(dá)到最佳; Liang F等[10-11]通過(guò)研究多分路葉輪式和旋流葉片式新型分配器不同流型下的分配性能，發(fā)現(xiàn)流型為環(huán)狀流有利于各端分路流量的均勻分配。

目前分配性能的影響因素研究主要關(guān)注外部因素，如進(jìn)口質(zhì)量流量、干度、傾斜角度、兩相流流型等，尚未對(duì)分配器種類和結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素影響下的流量分配規(guī)律，以及小管徑空調(diào)分配器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行研究。

因此，本文針對(duì)分配器類型和結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素對(duì)小管徑空調(diào)分配器的影響，對(duì)小管徑空調(diào)分配器進(jìn)行了流量分配性能評(píng)價(jià)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，目的在于得到性能最優(yōu)的分配器類型和分配器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

1 研究技術(shù)路線

為了提供可快速批量生產(chǎn)的適用于小管徑空調(diào)的分配器，本文選擇現(xiàn)有的常用分配器進(jìn)行研究。

本文首先采用仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法， 對(duì)小管徑空調(diào)常用分配器進(jìn)行流量分配性能評(píng)價(jià)；然后選擇其中最優(yōu)的分配器型式，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，得到進(jìn)一步的優(yōu)化結(jié)果；最后采用整機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化方法的有效性。圖1所示為研究技術(shù)路線圖。

圖 1 研究技術(shù)路線圖Fig.1 Research roadmap

2 常用分配器流量分配性能評(píng)價(jià)

2.1 研究對(duì)象

國(guó)內(nèi)外比較常見(jiàn)的空調(diào)分配器有Y型、T型、插孔式、圓錐式、反射式、節(jié)流短管組等類型。其中，插孔式、圓錐式、反射式分配器成本適中，也能一分多路，適合小管徑空調(diào)器的大批量應(yīng)用。本文以這三種常見(jiàn)分配器為對(duì)象進(jìn)行研究。

插孔式分配器包括進(jìn)口管和膨大的混合腔，兩者之間由漸擴(kuò)管連接，具體結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖如圖2所示。兩相制冷工質(zhì)進(jìn)入后，速度降低，氣相直接進(jìn)入空腔內(nèi)，而部分液相沿著管壁上流，最終兩者在出口處混合均勻，流出出口管。

圖2 插孔式分配器Fig.2 Jack-type distributor

圓錐式分配器出口管對(duì)稱布置有較大傾角，混合腔和出口管部分重合，呈圓錐體型，具體結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖如圖3所示。由于混合腔截面積較小，兩相制冷工質(zhì)進(jìn)入后速度加快，部分流體經(jīng)過(guò)出口管匯合點(diǎn)時(shí)被打散，容易形成霧狀流，從而實(shí)現(xiàn)均勻分配。

圖3 圓錐式分配器Fig.3 Cone-type distributor

圖4 反射式分配器Fig.4 Reflective-type distributor

反射式分配器進(jìn)口管正對(duì)著反射沉孔，出口管以反射沉孔為中心對(duì)稱布置，具體結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖如圖4所示。兩相制冷劑從進(jìn)口管噴射而出并射到反射沉孔上，反射沉孔將制冷劑發(fā)射并與噴口噴射出的制冷劑碰撞后向四周擴(kuò)散，在反射空腔內(nèi)進(jìn)行氣液的充分混合后從分流反射體的分流孔流出，實(shí)現(xiàn)均勻分流。

2.2 流量分配性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

各分路分配的制冷劑進(jìn)入下游換熱器，其質(zhì)量流量為氣相和液相的質(zhì)量流量之和。相對(duì)于液相而言，換熱器中各路氣相制冷劑質(zhì)量流量很小，對(duì)換熱器換熱能力的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)[5]。

因此，研究分配器的流量分配性能，本質(zhì)上是研究各分路液相的質(zhì)量流量分配不均勻度，即各分路液相質(zhì)量流量與液相總質(zhì)量流量平均值的偏差。各分路越接近等量的液相流量分配，分配不均勻度越小，分配性能越好。公式如下：

(1)

式中：S為分配不均勻度，g/s；n為分路數(shù)；mi為第i流路液相的質(zhì)量流量, g/s；mave為液相總質(zhì)量流量的平均值, g/s。

2.3 常用分配器性能評(píng)價(jià)的仿真研究

1)模擬對(duì)象

為了定量評(píng)價(jià)分配器的流量分配性能，本文建立了物理模型并進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算兩相流體在分流后各流路液相的質(zhì)量流量，從而根據(jù)公式(1)計(jì)算出分配不均勻度。

本文中研究最常見(jiàn)的4分路的流量分配。對(duì)4分路分配器的模擬選取的計(jì)算區(qū)域?yàn)榉峙淦髁黧w流經(jīng)的內(nèi)部流道區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖5所示。

圖 5 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格Fig.5 Mesh in calculating zone

2)模型選擇和邊界條件

選擇Fluent軟件進(jìn)行CFD計(jì)算，對(duì)于存在相分離的二相制冷劑下的分配器，不能忽略其相間曳力、表面升力和虛擬質(zhì)量力等的影響，因此歐拉模型更適用于實(shí)際情況的兩相流模擬[12]。

氣液兩相流的歐拉模型選用速度入口的邊界條件作為輸入，需要得到分配器入口氣液相流速。通過(guò)空泡系數(shù)進(jìn)行氣液相流速的折算，如式(2)和式(3)所示。

氣相折算速度：

(2)

液相折算速度：

(3)

式中：m為總質(zhì)量流量，kg/s；x為干度；A為管道截面積，m2；ρg為氣相制冷劑密度，kg/m3；ρl為液相制冷劑密度，kg/m3；α為空泡系數(shù)。

其中空泡系數(shù)由Cioncolini A等[13]總結(jié)出適用于相分離流動(dòng)模型計(jì)算公式得出：

(4)

式中的無(wú)量綱數(shù)h和n的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

h=-2.129+3.129(ρgρl-1)-0.2186

(5)

n=0.3487+0.6513(ρgρl-1)0.5150

(6)

同時(shí)，應(yīng)用k-ε湍流模型，各常數(shù)的取值如表1所示。

表1 k-ε湍流模型的各常數(shù)取值

以R410A為工質(zhì)，計(jì)算各分配器豎直安裝時(shí)在額定制冷工況和額定制熱工況下的分配性能，表2所示為兩種工況的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件。

由于空調(diào)分配器在實(shí)際安裝時(shí)最常見(jiàn)的是下進(jìn)上出的豎直形式，因此物理模型也選用豎直位置進(jìn)行研究。

通過(guò)式(2)～式(6)計(jì)算出空泡系數(shù)和氣液相折算速度，并將這些分相流動(dòng)模型的主要參數(shù)作為邊界條件輸入進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各分路分配的液相質(zhì)量流量，然后根據(jù)公式(1)計(jì)算流量分配不均勻度。其中，由于流量分配后的流路數(shù)為4路，mave=m/4。

表2 額定制冷和額定制熱的測(cè)試條件

3)仿真結(jié)果及分析

如圖6所示為額定制冷和額定制熱工況下仿真計(jì)算后各型分配器流量分配的不均勻度。

圖6 仿真計(jì)算下的分流不均勻性Fig.6 Distribution non-uniformity of simulation

從圖中可以看出額定制冷和額定制熱工況下插孔式分配器的分配效果最佳，流量分配不均勻度分別為5.4%和5.8%，圓錐式次之，反射式分配器的分配效果最差。

2.4 常用分配器性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)研究

1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑闄z驗(yàn)上述用于計(jì)算流量分配不均勻度的仿真模型是否正確。通過(guò)該結(jié)果和仿真模型結(jié)果的比較，驗(yàn)證前面仿真模型的正確性，并為不同分配器型式下的分流性能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)同樣以上述三種常用的四分路分配器為對(duì)象，測(cè)量各流路液相分配的質(zhì)量流量，進(jìn)而根據(jù)公式(1)計(jì)算出分配不均勻度。

2) 實(shí)驗(yàn)原理

由于實(shí)際過(guò)程中流經(jīng)分配器的為氣液兩相流，本實(shí)驗(yàn)也需要采用兩相流體，測(cè)量流過(guò)分配器后在各分路的液相質(zhì)量流量分配情況，將所計(jì)算出的流量分配不均勻度與仿真計(jì)算結(jié)果比較，檢驗(yàn)仿真模型的正確性。

可選擇的兩相流體有三種：兩相制冷劑、空氣-水、氮?dú)?水。兩相制冷劑工質(zhì)氣液相狀態(tài)難以控制，變化范圍較窄，運(yùn)行范圍難以達(dá)到特定的工況， 因而易造成較大的波動(dòng)誤差。相反，氮?dú)?水和空氣-水兩相流體的性質(zhì)穩(wěn)定，容易達(dá)到特定工況，與氮?dú)?水，空氣-水的氣液相密度相比，更接近兩相制冷劑工質(zhì)，其模擬制冷劑下的流量分配準(zhǔn)確性更高。

實(shí)驗(yàn)保持空氣體積流量與制冷劑氣相體積流量相同，水體積流量與制冷劑液相體積流量相同，并保持氣相空泡系數(shù)不變，達(dá)到模擬制冷劑氣液相流量分配的效果。

3) 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖7所示，包括水泵、空氣泵、氣體體積流量計(jì)、液體體積流量計(jì)、混合腔、分配器測(cè)試件、氣液分離器、分析天平等部件?？諝夂退杀盟腿?，通過(guò)閥門和流量計(jì)進(jìn)行流量控制，然后在混合腔混合均勻進(jìn)入豎直安裝的分配器，再分配給各個(gè)支路。出口位置經(jīng)過(guò)氣液分離留下液相的水，分析天平測(cè)量得到各分路液相的質(zhì)量流量，通過(guò)公式(1)計(jì)算分配不均勻度。

1水泵 2空氣泵 3閥門 4液體流量計(jì) 5氣體流量計(jì) 6混合腔 7管道視鏡 8分配器測(cè)試件 9多分閥 10氣液分離器圖 7 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.7 Principle figure of experimentation

4) 實(shí)驗(yàn)精度分析

該實(shí)驗(yàn)的不確定度主要由測(cè)量?jī)x表(流量計(jì)和分析天平)引起，流量計(jì)和分析天平的不確定度分別為±4%和±1%。由Moffat R J[14]的誤差傳遞方法可知：

(7)

流量計(jì)測(cè)得的分配器進(jìn)口質(zhì)量流量的不確定度即為各分路液相質(zhì)量流量之和的平均值誤差，即δmave/mave=4%，分析天平測(cè)量的不確定度即為各分路出口液相質(zhì)量流量誤差，即δmi/mi=1%。因此，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的分配不均勻度S的精度為95%。

5) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

經(jīng)過(guò)多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，得到插孔式、圓錐式、反射式分配器在額定制冷和額定制熱工況下的不均勻度，如圖8所示。

圖8 空氣-水實(shí)驗(yàn)下分流不均勻性Fig.8 Distribution non-uniformity of air-water experiment

對(duì)比三種分配器，插孔式分配器的分配效果最佳，其流量分配不均勻度在額定制冷和額定制熱時(shí)分別為4.9%和5.9%， 圓錐式和反射式分配器的分配效果次之。由實(shí)測(cè)可知，相同工況下，插孔式分配器進(jìn)出口壓降小于其他分配器， 由此帶來(lái)了分配均勻性的提升。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算得出的分配器流量分配不均勻度結(jié)果吻合，各型分配器模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的偏差都在15%以內(nèi)，流量分配的仿真模型預(yù)測(cè)精度滿足要求。由仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，三種常用分配器結(jié)構(gòu)型式中，插孔式分配器的流量分配最均勻，分配效果最好。

3 分配器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方法

基于仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，插孔式分配器具有最優(yōu)的分配性能，應(yīng)當(dāng)在插孔式分配器基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)分析，影響分配器分配均勻性的結(jié)構(gòu)因素有兩種：

1) 分配器的流道，包括工質(zhì)流經(jīng)的從進(jìn)口管到出口管的全部區(qū)域。一方面，流道越平滑，流體受到的流阻越小，分配性能越好；另一方面，進(jìn)口管和出口管的位置也會(huì)影響分配性能。

對(duì)插孔式分配器的原型而言，其流道全部貫通，過(guò)渡較為平滑，進(jìn)出口管豎直放置，且均未插入混合腔。翁曉敏等[15]對(duì)插孔式分配器的進(jìn)出口管位置對(duì)流量分配性能的影響進(jìn)行了理論分析，結(jié)果表明進(jìn)出口管插入混合腔一定深度，出口管外傾一定角度都有利于分配均勻。

2) 分配器的混合腔?；旌锨唤孛娣e大小要適中，若截面積過(guò)大，流體的流速會(huì)變慢，流型達(dá)不到理想的霧狀流；若截面積過(guò)小，流體受到的壓降變大，也會(huì)影響分配效果。

這里研究插孔式分配器混合腔的截面積對(duì)分配性能的影響。選取截面直徑D=15 mm、20 mm、23 mm、25 mm、30 mm五組對(duì)照組，進(jìn)行仿真研究，其中插孔式分配器原型的混合腔截面直徑為23 mm。各對(duì)照組經(jīng)仿真計(jì)算后流量分配的不均勻度如圖9所示。

圖9 插孔式不同混合腔截面直徑下的分流不均勻度Fig.9 Distribution non-uniformity of jack-type distributor with different diameters of chamber

從圖9可知，D=23 mm時(shí)，分流不均勻度最小。所以混合腔的截面直徑為23 mm，即保持原型截面積不變?yōu)樽罾硐氲慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)。

綜上所述，有利于進(jìn)一步改進(jìn)流量分配性能的優(yōu)化方法為：保持混合腔截面積不變，將進(jìn)出口管插入混合腔一定深度，出口管向外傾斜一定角度。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

本文基于以上優(yōu)化方向，對(duì)插孔式分配器原型進(jìn)行具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)因素有以下三項(xiàng)：(a)出口管插入深度A，(b)進(jìn)口管插入深度B，(c)出口管相對(duì)豎直方向外傾斜角度γ。各項(xiàng)因素對(duì)應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化如圖10所示。

圖10 插孔式分配器內(nèi)部?jī)?yōu)化因素Fig.10 Internal optimization parameter of jack-type

首先分別單獨(dú)針對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。選定出口管插入深度A=3、5、8 mm為方案1、2、3，選定進(jìn)口管插入深度B=3、5、8 mm為方案4、5、6，選定出口管相對(duì)豎直方向外傾斜角度γ=20°、30°、40°為方案7、8、9。各方案在仿真計(jì)算后的流量分配不均勻度對(duì)比如圖11所示。

圖11 插孔式改進(jìn)方案的分配不均勻度Fig.11 Distribution uniformity of jack-type improvement

結(jié)果表明：

1) 對(duì)出口管插入深度A，方案2：A=5 mm具有最好的分配效果。

2) 對(duì)進(jìn)口管插入深度B，方案5：B=5 mm具有最好的分配效果。

3) 對(duì)出口管相對(duì)豎直方向外傾斜角度γ，方案8：γ=30°具有最好的分配效果。

下面基于單獨(dú)對(duì)三種參數(shù)進(jìn)行研究后選擇出來(lái)的最佳參數(shù)，再針對(duì)三種參數(shù)的兩兩組合形式和全部組合形式進(jìn)行研究。其中，方案10為“進(jìn)出口管均插入混合腔5 mm”，方案11為“出口管插入混合腔5 mm且相對(duì)豎直方向向外傾斜30°”，方案12為“進(jìn)口管插入混合腔5 mm且出口管相對(duì)豎直方向向外傾斜30°”，方案13為“進(jìn)出口管均插入混合腔5 mm且出口管相對(duì)豎直方向向外傾斜30°”。圖12列出了方案1到方案13在仿真計(jì)算后的流量分配不均勻度結(jié)果。

圖12 插孔式所有改進(jìn)方案的分配不均勻度Fig.12 Distribution uniformity of jack-type improvement

結(jié)果表明，三種參數(shù)兩兩組合和全部組合的方案的分配不均勻度進(jìn)一步減小。其中，方案13的分配不均勻性最小，分配效果最好。

3.3 優(yōu)化實(shí)例的應(yīng)用效果

將插孔式分配器原型和計(jì)算得出的分配性能最優(yōu)的方案13加工成樣件，在焓差室進(jìn)行空調(diào)整機(jī)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)比較這兩種樣件對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能效的影響，展示上面優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例的效果，從而證明該結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的正確性。

圖13 整機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試段示意圖Fig.13 The figure of test module

將樣件安裝在空調(diào)整機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的室內(nèi)機(jī)上游作為測(cè)試段，實(shí)驗(yàn)原理圖和測(cè)試段示意圖如圖13所示。采用空氣焓值法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[16]，在測(cè)試段部分設(shè)置了660 m3/h和1050 m3/h兩種風(fēng)量(由風(fēng)洞靜壓控制，在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下，-4.9 Pa對(duì)應(yīng)風(fēng)量660 m3/h，-9.4 Pa對(duì)應(yīng)風(fēng)量1050 m3/h)，通過(guò)檢測(cè)測(cè)試段蒸發(fā)器送風(fēng)口和回風(fēng)口的空氣干濕球溫度，求得空氣的相對(duì)濕度，進(jìn)而得到其熱力狀態(tài)和送、回風(fēng)空氣焓差。測(cè)得流經(jīng)蒸發(fā)器的風(fēng)量后，可得到室內(nèi)機(jī)的換熱量。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了保持系統(tǒng)一致性，只更換分配器，冷媒量、毛細(xì)管保持不變。測(cè)試的樣件有如下兩種：

1) 樣件一：原插孔式分配器，如圖14(a)所示。

2) 樣件二：在原型基礎(chǔ)上進(jìn)出口管插入5 mm并相對(duì)豎直方向向外傾斜30°，如圖14(b)所示。

圖14 插孔式分配器優(yōu)化組合方案Fig.14 Optimal combination of jack-type distributor

實(shí)驗(yàn)對(duì)豎直安裝條件下分配器樣件在大風(fēng)量和小風(fēng)量?jī)煞N工況下分配性能進(jìn)行了研究。

圖15 樣件一和樣件二在不同風(fēng)量下的換熱能力比較Fig.15 Comparison of heat exchange capacity of test module one and test module two in different air flow rate

由圖15可知，無(wú)論在小風(fēng)量還是在大風(fēng)量下，樣件二(改進(jìn)型)的換熱量均最大。其中，小風(fēng)量下樣件二相比樣件一(原型)的換熱量提高了2.2%，大風(fēng)量下樣件二相比樣件一的換熱量提高了2.7%。在整機(jī)系統(tǒng)功耗相同的情況下，COP分別提高了2.2%和2.7%。

整機(jī)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果表明，相比于原型，在空調(diào)系統(tǒng)上使用本文優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的分配器可以有效提高能效。

4 結(jié)論

本文首先對(duì)幾種常見(jiàn)類型小管徑空調(diào)分配器的分流性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)分配性能好的分配器型式提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案，并對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明：

1) 在常見(jiàn)的分配器類型中，插孔式分配器下的流量分配效果最好。

2) 保持混合腔截面積不變，調(diào)整進(jìn)出口管插入混合腔深度和出口管向外傾斜角度，可以作為進(jìn)一步改進(jìn)流量分配性能的優(yōu)化方法，根據(jù)此優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的分配器可以使流量分配更均勻，從而有效提高系統(tǒng)的能效。

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About the corresponding author

Ding Guoliang, male, Ph.D. /Professor, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, +86 21-34203278，E-mail：glding@sjtu.edu.cn. Research fields: simulation and optimization for refrigeration and air conditioning appliances as well as utilization of new refrigerants.

Distribution Performance Assessment and Structure Optimization of Distributor Applied in Small-diameter Air Conditioner

Gao Yang1Weng Xiaomin1Ding Guoliang1Hu Haitao1Song Ji2Gao Yifeng2

(1.Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200240, China;2. International Copper Association, Shanghai, 200020, China)

In order to develop a distributor for small-diameter air conditioner with a best distribution performance, a CFD model was established and experiments with air and water as working fluids were done to evaluate distribution performance of three types of commonly used distributors. The CFD model was validated by the experiments, the structure of the chosen distributor was optimized, and the optimized distributor was verified by its application in a room air conditioner. The results show that, the jack-type distributor has the best distribution performance, and its uneven index are less than 6% under rated cooling and rated heating conditions; the CFD model can predict the performance of distributors, with the deviation of uneven index less than 15%. The validated CFD model was used to optimize the structure of the jack-type distributor. Application of the optimized distributor shows that it can enhance the energy efficiency of room air conditioner by 2.2%-2.7%.

mall-diameter air conditioner；distributor; distribution uniformity; structure optimization

0253- 4339(2016) 02- 0093- 08

10.3969/j.issn.0253- 4339.2016.02.093

2015年7月6日

TB657.2；TB657.5

A

簡(jiǎn)介

丁國(guó)良，男，教授，博士生導(dǎo)師，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，(021) 34206378，E-mail：glding@sjtu.edu.cn。研究方向：制冷空調(diào)裝置的仿真、優(yōu)化與新工質(zhì)應(yīng)用。