積耗散理論在平行流熱管換熱器性能評價中的應(yīng)用

吳 喆,李奇賀,2,趙孝保,2

(1.南京師范大學能源與機械工程學院,江蘇 南京 210023)(2.南京師范大學江蘇省能源系統(tǒng)過程轉(zhuǎn)化與減排技術(shù)工程實驗室,江蘇 南京 210023)

1 平行流熱管換熱器性能試驗系統(tǒng)

1.1 試驗系統(tǒng)及裝置

平行流熱管換熱器性能試驗系統(tǒng)如圖1所示,在焓差實驗室進行,包括空氣處理、試驗裝置以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng). 空氣處理裝置分室內(nèi)和室外空氣處理機組,室內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)范圍為0～50 ℃,室外空氣溫度調(diào)節(jié)范圍為-15～50 ℃. 試驗前,在焓差實驗室控制面板上設(shè)定試驗所需溫度,空氣經(jīng)空氣處理裝置調(diào)節(jié)至相應(yīng)試驗工況后送入試驗裝置. 試驗裝置由平行流熱管換熱器和兩臺風機組成,如圖2所示. 兩臺引風機逆流抽取冷、熱風流過平行流熱管換熱器. 平行流熱管換熱器水平放置,由保溫隔板分隔為熱側(cè)和冷側(cè),在熱管蒸發(fā)段管內(nèi)液態(tài)工質(zhì)受熱蒸發(fā)為氣態(tài),經(jīng)上部集流管流入冷凝段,在冷凝段放熱冷凝為液體,再經(jīng)下部集流管流回蒸發(fā)段,往復(fù)循環(huán). 冷、熱側(cè)進出口處布置有鉑電阻,測量風溫,采用熱成像儀TH7700觀察蒸發(fā)段及冷凝段表面溫度分布. 用壓差計TSI5825測熱側(cè)壓差,用系統(tǒng)中標準風洞測量風量.

圖1 試驗系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of test system

圖2 平行流熱管換熱器及冷熱風流道Fig.2 Parallel-flow heat pipe exchanger and the flow channel of cold/hot air

1.2 熱傳遞過程積和積耗散計算

(1)

式中,Qvh是物體的定容熱容量. 若為理想氣體時,Qvh即為內(nèi)能,J.T是物體的溫度,K.

(2)

式中,L為流體流過換熱器的長度,m.k為傳熱系數(shù),W/(m2·K).Th與Tc分別指熱流體溫度與冷流體溫度,℃.

本文將換熱簡化為如圖3所示模型,包括兩個傳熱過程,一是蒸發(fā)段中管外空氣放熱,管內(nèi)工質(zhì)吸熱蒸發(fā),二是冷凝段中管內(nèi)工質(zhì)放熱冷凝,管外空氣吸熱. 根據(jù)熱管均溫特性,認為熱管內(nèi)冷凝段出口工質(zhì)溫度等于蒸發(fā)段進口工質(zhì)溫度,蒸發(fā)段出口工質(zhì)溫度等于冷凝段進口工質(zhì)溫度,將傳熱過程表示在如圖4所示的T-Q圖中.

圖3 傳熱簡化模型Fig.3 Simplified heat transfer model

圖4 傳熱T-Q圖Fig.4 Heat transfer figure of T and Q

圖4中,AB段表示熱空氣流過蒸發(fā)段放熱,空氣溫度由T1降至T′1. 蒸發(fā)段中工質(zhì)蒸發(fā)吸熱,溫度由Tc升至Th,用CD段表示.EF段表示冷空氣流過冷凝段吸熱,空氣溫度由T2升至T′2. 冷凝段中工質(zhì)冷凝放熱,溫度由Th降至Tc,用DC段表示.

ΔE=Ein-Eout.

(3)

ΔE=Q2Rg,h.

(4)

(5)

式中,

(6)

式中,m為質(zhì)量流量,kg/s.cp為定壓比熱容,kJ/(kg·K). 下標a與32表示空氣及工質(zhì)R32.

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 溫差對積耗散的影響

2.2 充液率對積耗散的影響

圖5 溫差對積耗散的影響Fig.5 Effect of temperature difference on entransy dissipation

圖6 充液率對積耗散的影響Fig.6 Effect of liquid filling rate on entransy dissipation

2.3 傾角對積耗散的影響

圖7 傾角對積耗散的影響Fig.7 Effect of inclination on entransy dissipation

2.4 冷側(cè)迎面風速對積耗散的影響

圖8 迎面風速對積耗散的影響Fig.8 Effect of approach velocity on entransy dissipation

3 結(jié)論