CN105512402B - 空调热换器的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空调热换器性能分析技术，其公开了一种空调热换器的仿真方法，解决传统技术仿真分析不能对多支路换热器进行仿真、需要大量实验测试数据作为依据、成本高的问题。该方法包括：a.仿真计算开缝翅片随不同进风速度变化的换热系数，形成换热系数函数Hfin＝h(vair)；b.仿真内螺纹铜管随着冷媒质量流量和冷媒气液比变化的换热系数和压降，形成换热系数函数Hpipe＝h(MassR，MFR)和压降函数△Ppipe＝p(MassR，MFR)；c.将上述的翅片换热系数函数Hfin、内螺纹铜管的换热系数函数Hpipe和压降函数△Ppipe，作为整体换热器的热边界条件，并给定相应初始条件，根据相应公式结合软件二次开发代码进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件。

Description

空调热换器的仿真方法
技术领域
本发明涉及空调热换器性能分析技术，具体涉及针对空调热换器的仿真方法。
背景技术
目前，对于管翅式空调换热器换热性能的仿真分析主要有如下几种方式：一是单纯的CFD仿真计算方法；二是运用经验关联式的数值模拟方法；三是结合前两者，加上软件开发形成的商业模拟软件。下面对这三种方式做简单介绍：
(1)CFD仿真分析方法。应用已有的商业CFD仿真分析软件，如ANSYS Fluent等，对管翅型空调换热器进行仿真计算，对于开缝翅片和内螺纹铜管的换热属性会有一些简化处理，如先计算开缝翅片的换热性能再将其转化到平翅片模型中，对于内螺纹铜管部分的边界条件处理是将管壁设置成恒温，或结合理论计算分析结果设置成对流换热系数。然后进行管内一维流动和管垂直方向上的二维换热形式的仿真计算，这种方法得出的结果可以对不同的管翅形式组合的换热器进行性能总体评价，但不能对多支路换热器进行仿真，也看不到换热器管路内部的工质分布情况。
(2)运用经验关联式的数值模拟方法。结合换热原理公式和实验测试结果形成一些换热经验关联式，使用者可以直接输入一些换热边界条件而得到换热器的相关换热属性，如换热量、换热系数沿管程的分布等。这种方法也只能对管内一维流动做数值计算，不能对多支路换热器进行计算，另外对于不同的边界条件关联式中的经验系数要不断修正，需要大量的实验测试数据作为依据。
(3)商业模拟软件。结合前两者和软件开发而形成。商业软件背后一般需要具有一定规模的研发团队作为支撑。目前商业软件可以实现换热器内部工质的分布情况展示和换热器的优化。但由于目前换热器的形式多样，其中的关联式和软件开发也需要逐步更新和升级。空调产品公司在购买软件后也需要每年提交维护费用，软件售卖和维护金额一般是比较高昂的。对于不具规模的小公司来说要承担这部分费用是很有压力的，所以这种商业软件一般是高校、事业单位或大公司才有实力购买。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种空调热换器的仿真方法，解决传统技术仿真分析不能对多支路换热器进行仿真、需要大量实验测试数据作为依据、成本高的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，空调热换器的仿真方法，应用于对冷凝工况下平直型多支路的管翅式空调换热器的性能仿真分析，包括以下步骤：
a.仿真计算开缝翅片随不同进风速度变化的换热系数，形成换热系数函数Hfin＝h(vair)；
b.仿真内螺纹铜管随着冷媒质量流量和冷媒气液比变化的换热系数和压降，形成换热系数函数Hpipe＝h(MassR，MFR)和压降函数△Ppipe＝p(MassR，MFR)；
c.将上述的翅片换热系数函数Hfin、内螺纹铜管的换热系数函数Hpipe和压降函数△Ppipe，作为整体换热器的热边界条件，并给定相应初始条件，结合二次开发的计算公式进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件。
进一步的，步骤c中，所述相应初始条件包括：冷媒入口条件、空气来流条件、运行压力条件；其中冷媒入口条件包括冷媒入口温度Tr-in、冷媒入口流量Massr-in；空气来流条件包括空气进口温度Tairin、空气进风量Qair-in；运行压力条件包括冷媒入口压力Pr-in。
进一步的，在步骤c中，还包括给定一个初始空气出口温度Tairout，所述根据相应公式结合软件二次开发的计算公式进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件，具体包括：
首先，根据如下公式进行迭代计算：
Hfin＝h(vair)，
Hpipe＝h(MassR，MFR)，
△Ppipe＝p(MassR，MFR)，
Hcoeff＝Hfin*Hpipe/(Hfin+Hpipe)；
各个支路的冷媒流量MassR通过在计算过程中不断积分获得，MFR是冷媒气液比的气体分数；
然后，计算冷媒焓差换热量Qr以及温差换热量Qair；
若满足︱Qr‐Qair︱＜ε，其中ε表示可接受的迭代误差值，则结束迭代计算，若不满足，则调整初始空气出口温度Tairout继续进行迭代计算。
本发明的有益效果是：通过仿真分析可以获得整个螺纹管上的压力分布、温度分布、换热系数分布、饱和段分布、过热段分布等，以及冷媒出口温度、空气出口温度、冷媒压降、换热量，以及各个支路的冷媒流量；有利于优化换热器管路分布，从而提升整体换热性能。
附图说明：
图1为多支路的管翅式空调换热器的仿真计算流程图。
具体实施方式
本发明旨在提供一种空调热换器的仿真方法，解决传统技术仿真分析不能对多支路换热器进行仿真、需要大量实验测试数据作为依据、成本高的问题。该仿真方法应用于对冷凝工况下平直型多支路的管翅式空调换热器的性能仿真分析，管翅式换热器主要由开缝翅片(这里对开桥翅片、百叶窗翅片、波纹翅片等统称为开缝翅片)、内螺纹铜管、总进口管、总出口管和毛细管组成。首先进行开缝翅片和内螺纹铜管的换热性能仿真计算，仿真结果以换热系数函数和压损函数形式输出，将二者作为整体多支路换热器的边界条件，然后抽取整体换热器的管路分布结构，其中内螺纹管简化为光管形式，进口管、出口管和毛细管以详细模型形式存在，应用ANSYS CFX软件，结合二次开发的计算公式，形成整个CFD仿真分析方法。
在具体实施上，首先，仿真计算开缝翅片随不同进风速度变化的换热系数，形成换热系数函数Hfin＝h(vair)；然后，仿真内螺纹铜管随着冷媒质量流量和冷媒气液比变化的换热系数和压降，形成换热系数函数Hpipe＝h(MassR，MFR)和压降函数△Ppipe＝p(MassR，MFR)；
接着将上述的翅片换热系数函数Hfin、内螺纹铜管的换热系数函数Hpipe和压降函数△Ppipe，作为整体换热器的热边界条件，并给定相应初始条件，结合二次开发的计算公式进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件。
其计算流程如图1所示，给定初始条件：包括冷媒入口条件、空气来流条件、运行压力条件；
其中冷媒入口条件包括冷媒入口温度Tr-in、冷媒入口流量Massr-in；空气来流条件包括空气进口温度Tairin、空气进风量Qair-in；运行压力条件包括冷媒入口压力Pr-in。
并给定一个初始空气出口温度Tairout，根据下列公式进行迭代计算：
Hfin＝h(vair)，
Hpipe＝h(MassR，MFR)，
△Ppipe＝p(MassR，MFR)，
Hcoeff＝Hfin*Hpipe/(Hfin+Hpipe)；
各个支路的冷媒流量MassR通过在计算过程中不断积分获得；
然后，计算冷媒焓差换热量Qr以及温差换热量Qair；针对此两值，在ANSYS CFX软件可在计算结果中读取；若满足︱Qr‐Qair︱＜ε，则结束迭代计算，若不满足，则调整初始空气出口温度Tairout继续进行迭代计算，直至满足收敛条件时，停止迭代计算。

Claims (1)

1.空调热换器的仿真方法，应用于对冷凝工况下平直型多支路的管翅式空调换热器的性能仿真分析，其特征在于，包括以下步骤：
a.仿真计算开缝翅片随不同进风速度变化的换热系数，形成换热系数函数Hfin＝h(vair)；
b.仿真内螺纹铜管随着冷媒质量流量和冷媒气液比变化的换热系数和压降，形成换热系数函数Hpipe＝h(MassR，MFR)和压降函数△Ppipe＝p(MassR，MFR)；
c.将上述的翅片换热系数函数Hfin、内螺纹铜管的换热系数函数Hpipe和压降函数△Ppipe，作为整体换热器的热边界条件，并给定相应初始条件，结合二次开发的计算公式进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件；
步骤c中，所述相应初始条件包括：冷媒入口条件、空气来流条件、运行压力条件；其中冷媒入口条件包括冷媒入口温度Tr-in、冷媒入口流量Massr-in；空气来流条件包括空气进口温度Tairin、空气进风量Qair-in；运行压力条件包括冷媒入口压力Pr-in；
并给定一个初始空气出口温度Tairout，所述结合二次开发的计算公式进行迭代计算,反复迭代最后达到收敛条件，具体包括：
首先，根据如下公式进行迭代计算：
Hfin＝h(vair)，
Hpipe＝h(MassR，MFR)，
△Ppipe＝p(MassR，MFR)，
Hcoeff＝Hfin*Hpipe/(Hfin+Hpipe)；
各个支路的冷媒流量MassR通过在计算过程中不断积分获得，MFR是冷媒气液比的气体分数；
然后，计算冷媒焓差换热量Qr以及温差换热量Qair；
若满足︱Qr‐Qair︱＜ε，其中ε为可接受的迭代误差值，则结束迭代计算，若不满足，则调整初始空气出口温度Tairout继续进行迭代计算。
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