一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機械制冷裝置的技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對建筑環(huán)境的舒適性 要求不斷提高，暖通空調(diào)在建筑中的應(yīng)用也越來越廣泛，由此產(chǎn)生的能耗便隨之增加，約占 建筑總能耗的50%?60%。當前能源緊缺的嚴峻形勢，使得制冷、空調(diào)及熱累系統(tǒng)中的能 耗負荷成為能源行業(yè)內(nèi)不容回避的一個問題。如何有效利用節(jié)能措施來提高系統(tǒng)能源利 用效率，同時緩解生產(chǎn)企業(yè)的成本壓力，已經(jīng)成為制冷、空調(diào)及熱累行業(yè)的一個重要發(fā)展目 標。
[0003] 冷凝器是制冷過程中的核屯、部件，在制冷系統(tǒng)中占有非常重要的份額，其運行特 性直接影響整個系統(tǒng)的制冷、制熱能效和能耗情況，因此，提高系統(tǒng)能效比的一個重要環(huán)節(jié) 就是進行冷凝器的優(yōu)化設(shè)計。
[0004] 目前國內(nèi)外對冷凝器研究總的趨勢是；通過傳熱機理和強化傳熱的研究，開發(fā)高 效、緊湊、重量輕、可靠性高的新型冷凝器；結(jié)合計算機模擬技術(shù)、人工智能技術(shù)來革新設(shè)計 方法，基于系統(tǒng)目標對冷凝器進行優(yōu)化設(shè)計。對于制冷、空調(diào)及熱累系統(tǒng)來說，若采用高效、 緊湊的冷凝器，可W使整個裝置的體積和重量減小，能耗降低，因此，冷凝器的優(yōu)化設(shè)計勢 在必行。
[0005] 在進行冷凝器的設(shè)計時，從熱力學的角度講，傳熱系數(shù)越大，傳熱驅(qū)動溫差就越 小，可W減小由傳熱帶來的系統(tǒng)不可逆損失。但是，從傳熱學的角度看來，當熱負荷一定時， 較小的傳熱溫差會導(dǎo)致?lián)Q熱面積的增大；該又會帶來兩個問題：首先換熱器結(jié)構(gòu)尺寸會增 力口，無疑會增加系統(tǒng)的制造成本；其次較大的換熱面積會使工質(zhì)在流動過程中的摩擦壓降 增加，那么由壓降帶來的系統(tǒng)不可逆損失（體現(xiàn)為制冷劑飽和溫度降）也會相應(yīng)增加；也就 是說，傳熱不可逆損失隨著換熱面積的增大而減小，壓降不可逆損失恰恰相反，因此，在完 成一定傳熱負荷的情況下，存在一個冷凝器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，該方法在管徑一定 的情況下，尋求最優(yōu)管長，使傳熱和壓降帶來的系統(tǒng)不可逆損失達到最小，提高系統(tǒng)能量利 用率，節(jié)省成本。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是；一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其步驟如 下：
[000引步驟1、設(shè)定約束條件；平均熱流密度q恒定，外部傳熱熱阻R。,,為常數(shù)，水側(cè)質(zhì)量 流速叫。、進出口溫度Temi和T "。固定；
[0009] 步驟2、確定總溫度懲罰因子TTP的關(guān)系式；TTP = ATdt+AT,t/2 ;其中，AT&為傳 熱驅(qū)動溫差，A TJ%制冷劑側(cè)壓降相關(guān)制冷劑飽和溫度降；
[0010] 步驟3、將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數(shù)a的函數(shù)；
【主權(quán)項】
1. 一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、設(shè)定約束條件：平均熱流密度q恒定，外部傳熱熱阻Rrart為常數(shù)，水側(cè)質(zhì)量流速 、進出口溫度TjP Tan。固定；
步驟2、確定總溫度懲罰因子TTP的關(guān)系式：TTP = Λ Tto+Λ Tsy2 ;其中，Λ 1^為傳熱驅(qū) 動溫差，制冷劑側(cè)壓降相關(guān)制冷劑飽和溫度降； 步驟3、將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數(shù)α的函數(shù) ，通過求 TTP的極點得到換熱系數(shù)α的最優(yōu)值：
其中，C為系數(shù)，m為指數(shù)； 步驟4、根據(jù)換熱關(guān)聯(lián)式
，式中，
，確定制冷劑側(cè)最優(yōu)質(zhì)量流量G_; 其中，Nu、Re、Pr是三個準則數(shù)，d-管徑，λ ^制冷劑飽和液體導(dǎo)熱系數(shù)，G-制冷劑質(zhì) 量流，X-無量綱數(shù)的制冷劑干度，Pf制冷劑飽和液體密度，Pe-制冷劑飽和蒸汽密度； μ ^制冷劑飽和液體動力粘度；Cp^制冷劑飽和液體定壓比熱容； 步驟5、根據(jù)制冷劑側(cè)換熱方程計算出最優(yōu)管長L_:
其中，為制冷劑進口焓值，h 為制冷劑出口焓值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述傳 熱驅(qū)動溫差ΔΤλ:
，制冷劑側(cè)壓降相關(guān)制冷劑飽和溫度降A(chǔ)Tot:
，其中，Ts為冷凝溫度，Φ ω和f ω采用壓降 關(guān)聯(lián)式計算得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述傳熱驅(qū)動溫差 Δ Tt和制冷劑側(cè)壓降相關(guān)制冷劑飽和溫度降Λ T #關(guān)系為：Λ T t · Λ L= PEC，其中PEC為 制冷劑冷凝換熱性能評價指標，且PEC = C ·( a )m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述系數(shù)C取決于 制冷劑性質(zhì)和管徑大小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述管徑d對于非圓形 管的幾何形狀，用水力直徑替代管徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述冷凝器為套管式 逆流換熱冷凝器。
【專利摘要】一種冷凝器的優(yōu)化設(shè)計方法，其步驟如下：設(shè)定約束條件；確定總溫度懲罰因子TTP的關(guān)系式：；將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數(shù) α 的函數(shù)，通過求TTP的極點得到換熱系數(shù) α 的最優(yōu)值：；根據(jù)換熱關(guān)聯(lián)式，確定制冷劑側(cè)最優(yōu)質(zhì)量流量 Gopt ；5、根據(jù)制冷劑側(cè)換熱方程計算出最優(yōu)管長 L opt：。本發(fā)明利用制冷劑冷凝換熱過程中的兩個溫度降直觀地反映由傳熱和壓降帶來的不可逆損失，提出了制冷劑冷凝換熱性能潛力評價指標 PEC 及總溫懲罰因子 TTP 的概念，當換熱系數(shù) α 為定值時或熱流密度 q 固定時，制冷劑在壓降及傳熱方面的能量損失情況的評判指標，為冷凝器的優(yōu)化設(shè)計提供了一個新的思路。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104537138
【申請?zhí)枴緾N201410626520
【發(fā)明人】王方, 范曉偉, 高龍, 連之偉, 王仕元, 徐菂, 陳潔, 張鹿, 付一珂
【申請人】中原工學院
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月10日