CN1306193A - 肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空调工程中肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法。本发明也涉及肋片管换热器热工性能的检验方法。本发明还涉及装有肋片管换热器的空调设备的热工性能计算方法及现场间接测定方法和空调设备内换热器设计计算方法。本发明在驳斥现有肋片管换热器热湿交换理论的基础上,针对现有换热器及相关空调设备的热工性能检验没有合适标准和设计计算复杂难懂的问题,公开了一种通过实验制作标准换热器的热工件能曲线图和表的方法,这些曲线图和表不仅直接反映了换热器热工性能的好坏,还直观地反映了其变化规律。根据上述各种曲线图的特点,提出了换热器热工性能的型式试验方法、质量抽检方法及将标准换热器的热工性能曲线图和表转换成各种具体换热器产品的热工性能曲线图和表的方法及换热器的设计计算方法,该计算方法简单易懂精度高,可避免选型过大造成有色金属的浪费。
Description
本发明涉及空调工程中肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法。本发明也涉及肋片管换热器热工性能的检验方法。本发明还涉及装有肋片管换热器的空调设备的热工性能计算方法及现场间接测定方法和空调设备内换热器设计计算方法。
现有的肋片管换热器的设计计算方法基本上是在现有热湿交换理论的基础上进行的，该理论主要由下列五个方程组成：热交换效率系数方程、接触系数方程、析湿系数方程、传热系数方程和热平衡方程。下面依次谈谈上述前四个方程存在的问题。
热交换效率系数方程和接触系数方程不论是在微分方程建立的过程中，还是在解微分方程的过程中，都没有按数学的严格定义进行，由此解得的函数关系不可能是正确的，这说明现在还不能用联立五个方程的方法对换热器的热湿交换过程进行计算。
析湿系数是实验工况和肋片管换热器的排数、片距和迎风面等几何参数的一个繁杂函数，对应每一个实验工况组合和换热器几何参数组合的组合，只对应着一个确定的析湿系数，它只能在一个很小的工况范围内被近似作为一个常数，否则产生的误差可能太大。析湿系数只是目标函数传热系数的一个中间变量，它的误差将直接影响到传热系数的误差。
机械地引用传热系数是一个研究方向上的错误：传热系数是通常在研究传热过程中常采用的一个参数，在这些传热过程中，传热量大都跟传热面积成正比，但在肋片管的传热过程中，传热量虽然随传热面积的增加而增加，但不与传热面积成正比，在空调工况下，对于同一种迎风面的表冷器，不管排数增加多少，片距如何减小，其冷量只能趋近一个极限，假设湿空气经过表冷器后干、湿球温度都达到了7℃，这时的冷量显然是表冷器的冷量极限，对于这种随着传热面积的增加而传热量存在极限的传热问题，机械地引用传热系数，使问题变得非常复杂；在表冷器的热湿交换过程中，不仅存在热交换，还同时进行着湿交换，而且湿交换的结果对热交换的影响还较大，这里湿交换的规律更复杂，仅用传热系数是不可能同时反映热湿交换规律的；在传热系数实验公式
中，要求得实验公式中的系数和指数，在实验中就要改变Vy、ω和ξ，但对于一个具体的换热器，在空调工况下，ξ为定值，要随意改变ξ，就不得不大范围改变空气的湿球温度tgl，另外任意改变水速ω，是不可能保证进出水温差为5℃的，故这样得到的传热系数公式远离了空调工况，由于绝大部分空调设备都在空调工况附近工作，空调设备的冷热量都是指空调工况下的冷热量，因此用上述传热系数去计算空调设备的冷热量产生的误差太大，现有不少空调设备产品样本中的冷量接近甚至超过换热器的冷量极限，这可能就是用上述公式计算的结果；另外传热系数公式没有考虑迎风面的改变对传热系数的影响，改变水速的试验方法是不能正确反映实际肋片管换热器的热工性能随其迎风面长度改变而变化的规律的，因此用传热系数的方法计算肋片管换热器的冷热量是不合适的：由实验公式得到的传热系数的变化非常复杂，它既不能直接反映热工性能的好坏，也不能直观地反映换热器热工性能变化的规律，因此至今肋片管换热器热工性能的质量检验没有合适的标准，它的设计计算也没有可靠的依据。
由于上述原因，加上空调设备的规格多，其热工性能检测费用高，特别是大型组合式空调机组测试费用更高，因此现有大型空调设备的热工性能是有标准而不能实施检测，而现场测定的工况条件又不定，测定结果没有可对比性，故现有空调设备产品样本中提供的冷热量既不可靠，也不能根据它来判定空调设备热工性能的优劣，设计人员在选用空调设备时，还不得不重新进行设计计算。
现有的肋片管换热器设计选型计算方法复杂难懂，且计算结果根本不可能满足空调设计的需要，广大设计人员都头疼这种设计计算，在对设计计算结果没有把握的情况下，为了可靠，总是宁大勿小，由此可能造成大量有色金属的浪费。
本发明的目的是提出一种能直接反映肋片管换热器热工性能好坏并能直观地反映其变化规律的性能曲线图和表的制作方法。本发明还要提出一种能比较简单地检验肋片管换热器热工性能的方法。本发明的另一个目的是找到计算简单易懂，而且能完全满足空调工程计算精度要求的空调设备的热工性能计算方法及现场间接测定方法和肋片管换热器的设计计算方法，避免选型过大造成有色金属的浪费。
为了达到上述目的，本发明对函数关系式Q=FVyσ(i1-i2)进行了分析，焓差(i1-i2)能直接反映换热器热工性能的好坏，它随迎面风速Vy、肋片管的排数、片距的变化规律已很清楚。后面主要分析它随迎风面的改变而变化的规律，很显然，换热器的高度对它的影响较小，堑不考虑，不过高度过大的表冷器其下部由于冷凝水增多对换热量有一定的影响，另外随着高度的增加，各管中的流量不均匀也会对换热量有一定的影响，这些都要通过实测其大小来决定是否引入高度修正系数来消除上述因素的影响，后面主要研究它随换热器迎风面长度的改变而变化的规律。现选一种质量最好且在同一工艺条件下生产的换热器作为标准换热器，对各种常用排数和合理的常用片距组合中的每一种标准换热器在全部长度规格内基本按等长度进行分段，同时将基本长度1米也作为一个分段，然后在空调工况下，对每一种组合中的每一个长度分段的标准换热器在三种常用风速条件下实测焓差(i1-i2)，将实测结果标在由焓差为纵坐标，长度为横坐标的直角坐标系内，得到一系列实测点，将同一种风速条件下每一种组合的各个长度分段的标准换热器的实测点连成一条光滑的曲线，将同一种组合的标准换热器在几种常用风速条件下的曲线作为一组，则这组曲线中间的每一个点都有对应着一个具体的迎面风速，其具体数值应根据它距上下两条曲线的远近来确定。将每组曲线中三种不同迎面风速下的三条曲线用三种不同形式或不同颜色的线条区分开来，为了尽量让曲线布满全图，应以最小长度作直角坐标系的原点，尽量使最小的焓差曲线靠近横坐标，从而得到空调工况下标准换热器焓差曲线图(见示意图1)。用同样的方法可得到全新风工况下标准换热器焓差曲线图。利用上述实验得到的参数和上述同样的作图方法还可分别得到空调工况下和全新风工况下标准换热器的含湿量差曲线图。很显然，长度分段的增多和迎面风速的增多可提高曲线的精度，但却要大大地增加实验次数，因此上述参数的选定要在综合考虑曲线精度和实验经费的条件下根据实验情况合理地确定，长度的分段应保证每个分段内最大焓差与最小焓差的差值和最小焓差的比值小于5％。
将标准换热器在全部长度范围内基本按等长度分成2或3段，这样可将上述焓差和含湿量差曲线图中的每一条曲线都分成2或3段，再将每一条分段焓差曲线和含湿量差曲线上的焓差和含湿量差的中值填入如表1的表格中，该表在纵方向有各种常用排数，对应每一种排数有各种常用片距，在横方向有各种常用迎面风速，对应每一种迎面风速有焓差和含湿量差，这样可各得到2或3张空调工况和全新风工况下标准肋片管换热器的焓差、含湿量差表。在上述分段过程中，应保证表中的焓差、含湿量差的误差不超过5％。否则应增加分段数。
对于进口水温为60℃的冷热两用换热器，有关的国家标准都没有规定进、出水温差，故应在充分考虑空调系统经济运行的基础上规定合理的进、出水温差后，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各2或3张温差表。
对于进口水温为90℃的加热器也应在规定合理的进、出水温差后，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各2或3张温差表。
对于通蒸汽的加热器，根据有关的国家标准在供汽压力为表压力70kPa的条件下，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各2或3张温差表。
根据上述标准换热器的焓差曲线图、含湿量差曲线图和温差曲线图，在某种表冷器的形式检验时，送检一台1米长或更合理的其它长度且长高比为定值的换热器，在2或3种迎面风速条件下实测焓差，并将实测焓差分别除以对应标准换热器的焓差得到2或3个常数，将这2或3个常数的平均值C_作为标定该种换热器质量等级常数。根据上述检验中得到的参数和方法，同样可得到该种换热器的含湿量差等级常数Cs。用同样的方法也可得到某种加热器的质量等级常数C+。对于冷热两用换热器，只用C_评定其换热器的质量等级。
在进行质量抽检时，隋机抽取一台任意规格换热器，在规定的迎面风速条件下测得其焓差或温差，将其除以标准换热器在对应条件下的焓差或温差得到一个常数A，以该常数A的大小并参考该种换热器的质量等级常数C-或C+来评定该台换热器的质量。
将上述标准换热器焓差、温差或含湿量差曲线图纵坐标轴的单位分别乘以某种换热器的质量等级常数C-、C+或含湿量差等级常数Cs，即可得到该种换热器的焓差、温差或含湿量差曲线图。将上述常数C-、Cs分别乘以标准换热器焓差、含湿量差表中的焓差、含湿量差可得到该种换热器的焓差、含湿量差表。用同样的方法可得到某种加热器的温差表。
根据空调设备内肋片管换热器的规格、数量及迎面风速，利用其焓差曲线图、含湿量差曲线图或焓差、含湿量差表及温差曲线图或温差表和函数关系式Q=Fvyρ(i1-i2)、W=FVyρ(d1-d2)及Q=FVyρcp(t2-t1)计算得到空调设备的冷量，除湿量及加热量，并在其产品样本中标出这些冷量、除湿量和加热量。
实测通过空调设备的风量，换算出通过换热器的迎面风速，根据换热器的规格、数量，利用其焓差曲线图、含湿量差曲线图和温差曲线图找到相应的焓差、含湿量差和温差，再利用函数关系式Q=FVyρ(i1-i2)、W=FVyρ(d1-d2)和Q=FVyρcp(t2-t1)计算得到空调设备的冷量，除湿量和加热量，用这种方法在现场间接测定空调设备的热工性能。
利用各种换热器的焓差曲线图或焓差、含湿量差表和温差曲线图或温差表及函数关系式Q=FVyρ(i1-i2)和Q=FVyρcp(t2-t1)可选到所需的换热器。当然在具体在空调设备内，由于流埸不均匀，对热湿交换的效果会有一定的影响，但由于空调设备内有导流装置，加上换热器本身也有导流作用，因此对大部分空调设备，不必考虑流埸不均匀的影响，对于一些结构特别紧凑的空调设备，应考虑流埸不均匀的影响。并通过试验实测影响的大小，再考虑是否引用流埸不均匀系数来修正它的影响。
由于标准换热器的焓差和温差曲线图或焓差和温差表都直接反映了其热工性能的好坏，也直观地反映了其热工性能变化的规律，因此它们使换热器的质量评定有了标准，从而使其相关的空调设备热工性能的质量检验有了依据，它们不仅使换热器的设计计算方便易懂，而且计算的精度完全能满足空调工程设计的需要，可避免选型过大造成有色金属的浪费。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为空调工况下标准换热器的焓差曲线图的示意图，其规格有二排、四排、六排、八排，片距有3.2mm、3.6mm、4.4mm，最小长度是500mm，最大长度是2000mm，其试验迎面风速有2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s。则图1中共有12组36条曲线，图中最上面的9条曲线是都八排换热器的焓差曲线，从上到下它们分别是：
第一条曲线是点划线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线，
第二条曲线是点划线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线，
第三条曲线是虚线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线，
第四条曲线是点划线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线，
第五条曲线是虚线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线，
第六条曲线是实线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线，
第七条曲线是虚线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线，
第八条曲线是实线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线，
第九条曲线是实线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线。
下面依次是六排、四排和二排换热器的各九条焓差曲线。上述曲线的上下排列次序是在没有实际试验数据的情况下设定的，实测后，它们的上下位置可能与图1中位置不一致。
在图1中，C点是位于片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为25m/s和3.0m/s两条曲线正中间的一个点，该点对应的横坐标为1500，则C点对应的纵坐标是长度为1500mm，片距3.2mm的八排表冷器在迎面风速为2.75m/s下的焓差。
标准换热器的含湿量差曲线示意图、新风工况下焓差和含湿量差曲线示意图、空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线示意图都和图1相似。
对于处理全新风的换热器，由于各地室外空气状态变化范围大，可考虑适当地增加两种不同温湿度的全新风工况，以便新风空调机组的计算能尽量接近使用实际工况，这样设计人员可根据不同的地区来合理地选用新风机组。
仅作加热用的标准换热器由于规格少，因此温差曲线示意图中的曲线也少，其温差表中的内容也少，它们的示意图和示意表都省略。
现以图1来说明表冷器的没计计算，根据设计要求的冷量Q先初选迎面风速Vy=2.5m/s，图1中共有12条迎面风速为2.5m/s的曲线，再设表冷器的长、高比为2∶1，则F=0.5×L2，根据Q≤0.5×L2Vyρ(i1-i2)，这时上式中只有长度L和焓差(i1-i2)两个变量，再选定一个长度Li，在图1中过Li作横轴的垂线，该垂线与上述12条曲线有12个交点，这时可从12个焓差中寻找能满足不等式的焓差，如果在上述12个焓差中还找不到合适在焓差，可改变长度Li来找到合适的焓差，从而选到所需的表冷器。如果用焓差、含湿量差表来选表冷器，先选定迎面风速和迎风面积及迎风面的长度，可确定用哪一种分段焓差、含湿量差表选到所需的表冷器。
上述两种选型计算方法中，显然第一种方法精度高，第二种方法选型快。
本发明不局限于上述迎面风速及排数、片距和长度；本发明也适用所有外侧用空气换热的肋片管换热器。××工况下500mm-1000mm标准肋片管换热器焓差、含湿量差表
表一
| 迎面风速m/s | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | Vyi | ||||||
| 排数 | 片距(mm) | 焓差(kl/kg) | 含湿量差(g/kg) | 焓差(kl/kg) | 含湿量差(g/kg) | 焓差(kl/kg) | 含湿量差(g/kg) | 焓差(kl/kg) | 含湿量差(g/kg) | 焓差(kl/kg) | 含湿量差(g/kg) |
| 四排 | 3.2 | ||||||||||
| 3.6 | |||||||||||
| 4.4 | |||||||||||
| di | |||||||||||
| 六排 | 3.2 | ||||||||||
| 3.6 | |||||||||||
| 4.4 | |||||||||||
| di | |||||||||||
| 八排 | 3.2 | ||||||||||
| 3.6 | |||||||||||
| 4.4 | |||||||||||
| di | |||||||||||
| N排 | 3.2 | ||||||||||
| 3.6 | |||||||||||
| 4.4 | |||||||||||
| di | |||||||||||
Claims (11)
1．一种肋片管换热器热工性能性能曲线图的制作方法，选定一种质量最好的且在同一种工艺条件下生产的肋片管换热器作为标准换热器，对各种常用排数和常用片距组合中的每一种标准换热器在全部长度规格内基本按等长度进行分段，同时将基本长度1米也作为一个分段，然后在空调工况下，对每一种组合中的每一个长度分段的标准换热器在几种常用风速条件下实测焓差(i1-i2)，将实测结果标在由焓差为纵坐标，长度为横坐标的直角坐标系内，得到一系列实测点，将同一种风速条件下每一种组合中各个长度分段的标准换热器的实测点连成一条光滑的曲线，将每一种组合的标准换热器在三种常用风速条件下的曲线作为一组，将每组曲线中三种不同迎面风速下的曲线用三种不同形式或不同的颜色的线条区分开来，上述各种组合在同一种风速条件下的曲线用同一种形式或同一种颜色的线条来表示，从而得到标准换热器的焓差曲线图。根据上述实验得到的参数和同样的作图方法可得到标准换热器在空调工况下的含湿量差曲线图，按上述同样的方法还可得到全新风工况下焓差和含湿量差曲线图、空调加热工况和全新风加热工况下的温差曲线图及各种标准加热器在空调加热工况和全新风加热工况下的温差曲线图。
2．根据权利要求1制作标准换热器的各种热工性能表的方法，将标准换热器在全部长度范围内基本按等长度分成2或3段，这样可将上述焓差和含湿量差曲线图中的每一条曲线都有分成2或3段，再将每一条分段焓差曲线和含湿量差曲线上的焓差和含湿量差中值填入如表1的表格中，该表在纵方向有各种常用排数，对应每一种排数有各种常用片距，在横方向有各种常用迎面风速，对应每一种迎面风速有焓差和含湿量差，这样可各得到2或3张空调工况和全新风工况下标准肋片管换热器的焓差、含湿量差表。用同样的方法可各得到2或3张空调工况和全新风工况下各种标准肋片管加热器的温差表。
3．一种根据权利要求1对肋片管换热器进行型式检验的方法，利用标准换热器的焓差曲线图，在某种换热器的形式检验时，送检一台1米长或更合理的其它长度且长高比为定值的换热器，在2或3种迎面风速条件下实测焓差，并将其结果分别除以对应标准换热器的焓差得到2或3个常数，将这2或3个常数的平均值C_作为标定该种换热器质量等级常数。利用标准换热器的含湿量差曲线图和上述检验中得到的参数和方法，同样可得到该种换热器的含湿量差等级常数C。利用标准换热器的温差曲线图和同样的方法也可得到各种加热器的质量等级常数C+，并用它来评定加热器的质量等级，对于冷热两用换热器，只用C-评定其换热器的质量等级。
4．根据权利要求1和3对肋片管换热器进行质量抽检的方法，随机抽取一台任意规格换热器，在规定的迎面风速条件下测得其焓差或温差，将其除以标准换热器在对应条件下的焓差或温差得到一个常数A，以该常数A的大小并参考该种换热器的质量等级常数C-或C+来评定该台换热器的质量。
5．根据权利要求1和3制作某种换热器产品的热工性能曲线图的方法，将标准换热器在各种工况下的焓差、温差或含湿量差曲线图的纵坐标轴的单位分别乘以某种换热器的质量等级常数C-、C+或含湿量差等级常数Cs，即可得到该种换热器在对应工况下的焓差、温差或含湿量差曲线图。
6．根据权利要求2和3制作某种换热器产品的热工性能表的方法，将标准换热器在各种工况下热工性能表中的焓差、含湿量差或温差分别乘以某种换热器的质量等级常数C-、含湿量差等级常数Cs或质量等级常数C+即可得到该种换热器在对应工况下的焓差、含湿量差表或温差表。
7．根据权利要求5计算空调设备的热工性能的方法，根据空调设备内所选用的肋片管换热器的规格、数量及通过换热器的迎面风速，利用该种换热器的焓差曲线图、含湿量差曲线图和温差曲线图及函数关系式Q=FVyρ(i1-i2)、Ｗ=FVyρ(d1-d2)和Q=FVyρcp(t2-t1)计算得到空调设备的冷量，除湿量和加热量，并在其产品样本中标出这些冷量、除湿量和加热量。
8．根据权利要求6计算空调设备的热工性能的方法，根据空调设备内所选用的肋片管换热器的规格、数量及通过换热器的迎面风速，利用该种换热器的焓差、含湿量差表和温差表及函数关系式Q=FVyρ(i1-i2)、W=FVyρ(d1-d2)和Q=FVyρcp(t2-t1)计算得到空调设备的冷量，除湿量和加热量，并在其产品样本中标出这些冷量、除湿量和加热量。
9．根据权利要求7在现场间接测定空调设备热工性能的方法，实测通过空调设备的风量，换算出通过换热器的迎面风速，再根据空调设备内换热器的规格、数量，利用其焓差曲线图、含湿量差曲线图和温差曲线图及函数关系式Q=FVyρ(i1-i2)、W=FVyρ(d1-d2)和Q=FVyρcp(t2-t1)计算得到空调设备的冷量，除量和加热量。
10．根据权利要求5的设计计算方法，利用设计要求的冷量Q先初选迎面风速Vyi，图1中共有12条迎面风速为VyI的曲线，再设表冷器的长、高比为2∶1，则F=0.5×L2，根据Q≤0.5×L2Vyρ(i1-i2)，这时上式中只有长度L和焓差(i1-i2)两个变量，再选定一个长度Li，在图1中过Li作横轴的垂线，该垂线与上述12条曲线有12个交点，这时可从12个焓差中寻找能满足不等式的焓差，如果在上述12个焓差中还找不到合适在焓差，可改变长度Li来找到合适的焓差，从而选到所需的表冷器：利用设计要求的加热量Q≤0.5×L2Vyσcp(t2-t1)和上述同样的方法可选到所需的加热器。
11．根据权利要求6的设计计算方法，利用设计要求的冷量Q≤FVyρ(i1-i2)，先选定迎面风速和迎风面积及迎风面的长度，可确定用哪一种分段的焓差、含湿量差表选到所需的表冷器，如果第一次不能找到满足不等式的焓差(i1-i2)，可适当改变迎风面积F，继续寻找能满足不等式的焓差(i1-i2)，从而选到所需的表冷器：利用设计要求的加热量Q≤FVyρcp(t2-t1)和同样的方法可选到所需的加热器。
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|---|---|---|---|---|
| CN106169018A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 换热量模拟方法和装置 |
| CN111832189A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-27 | 重庆通用工业(集团)有限责任公司 | 一种离心式蒸汽压缩机选型方法 |
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2000
- 2000-11-14 CN CN 00133095 patent/CN1306193A/zh active Pending
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Legal Events
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |