微通道换热器空气侧换热性能影响实验研究

陈 华 张 敏 李玉婷 张志强

(天津商业大学，天津 300134)



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微通道换热器空气侧换热性能影响实验研究

陈 华 张 敏 李玉婷 张志强

(天津商业大学，天津 300134)

针对微通道蒸发器的换热性能，在结露条件下，分析了冷冻水进口温度、空气进口温度、空气流速大小等参数对空气出口温度、换热器换热系数、空气侧压降等实验结果的影响程度,研究发现：提高冷冻水进口温度，空气侧换热系数和压降有不同程度降低，而空气出口温度有所升高。

微通道换热器，结露，空气流速，冷冻水温度

0 引言

微通道换热器是基于微尺度效应[2]而兴起的一种高效换热器,具备成本低,轻质紧凑的优势。目前，微通道换热器较多应用于单冷型空调机组，即用作冷凝器使用的情况较多。当作为空调系统的蒸发器使用时，多处于结露工况，冷凝水极易聚积在换热器表面，从而影响换热效果，换热效率明显降低，不能发挥原有的优势。

孙少鹏等[3]针对微通道换热器凝水排除的问题进行了研究，文章讨论了换热器外表面材料处理和制冷剂流量分配等因素对凝水排除效果的影响，得出的结论是：选用亲水性涂层于换热器表面，有利于形成膜状凝结，有利于凝结水有效排除，同时还增加了换热器的防腐性。梁媛媛等[4]测试了结霜工况下平行流换热器的换热性能，霜层厚度增加，换热器换热面积、换热效率均降低。认为导致换热系数降低的主要原因是霜对百叶窗间隙的堵塞，如果采用平直翅片代替百叶窗翅片效果可能好一些。国内外学者们围绕换热效率展开实验研究或模拟研究后，大多从微通道换热器本身的设计结构方面给出优化建议。

本文针对微通道蒸发器的换热性能，搭建了测试实验台，实验测试在结露条件下，探究冷冻水进口温度、空气进口温度、空气流速大小等参数对空气出口温度、换热器换热系数、空气侧压降等参数性能的影响规律。

1 实验台介绍

微通道表冷器性能测试实验台在焓差室中搭建,主要组成部分有微通道换热器；移动冷源，涡轮流量计；风管，风机；温湿度传感器，微压差传感器，风速仪等，通过控制柜调节换热器进口的空气温湿度。通过风机调频来控制进口空气流速。风管连接位于室外侧的风机，向室内侧微通道换热器送风，微通道换热器内媒介为冷冻水，冷却一定状态的空气，从而模拟空调工况下蒸发器的换热过程。微通道换热器性能实验系统图如图1所示。

2 实验数据处理与分析

本文中，微通道蒸发器换热性能的结果分析是基于结露条件下，实验接近稳态时的数据处理。主要分析了冷冻水进口温度、空气进口温度、空气流速大小等参数对空气出口温度、换热器换热系数、空气侧压降等实验结果的影响程度。

2.1 冷冻水进口温度对实验性能的影响

在空气进口温度为35 ℃，相对湿度为50%，空气流速为1.5 m/s的实验条件下，空气的出口温度和空气侧的压降随着冷冻水进口温度的变化特点如图2所示，空气侧的换热系数随冷冻水进出口温度的变化特点如图3所示。当冷冻水进口温度升高时，空气侧换热系数和压降逐渐降低，空气出口温度逐渐升高。冷冻水进口温度提高，换热器表面平均温度也升高，由此减弱换热器结露状况，凝水量相对减少，空气流动阻力减小，故空气侧压降明显降低。冷冻水温度升高，使得换热器平均换热温差降低，同时相变换热减弱，导致换热系数有所降低。该实验范围内，冷冻水进口温度每提高1 ℃，空气的出口温度增加幅度大约为4.6%，空气侧的压降以及换热系数下降幅度分别约为8.3%,7.6%。

2.2 进口空气相对湿度对实验性能的影响

在进口空气温度30 ℃，空气流速为1.5 m/s，冷冻水进口温度为7 ℃的实验条件下，空气的出口温度以及空气侧的换热系数随进口空气相对湿度的变化特点如图4所示，空气侧换热系数的变化特点如图5所示。当进口空气的相对湿度增加时，空气的出口温度以及空气侧的压降和换热系数都有一定程度的增大。干球温度一定，相对湿度增加，露点温度降低，越易结露，结露程度增强，凝结换热效果增强，故换热系数提高。换热器表面上的凝水量增加，减少了空气的流通面积，流通阻力增加，故空气侧压降随之增加。该实验范围内，相对湿度每提高10%，空气出口温度增幅约7.7%，空气侧压降增幅约9.7%，换热系数增幅约10.9%。

2.3 进口空气流速大小对实验性能的影响

图6表示空气出口温度和压降在迎面风速变化情况下的变化特点，如图7所示则是空气侧换热系数的变化特点。如图6所示，当迎面风速增大的时候，空气出口温度随之增大。当迎风面积保持不变时，随着迎面风速的增大，空气质量流量也随之增大，这导致部分的风量没有充分的进行换热就通过了微通道换热器，因此空气出口温度升高。当迎面风速增大时，空气的流动阻力也增大，阻力增大造成空气侧的压降也变大，并且结露也更加剧烈，产生冷凝水的速度也增加，使得微通道换热器表面残留更多的水，近一步的致使压降增大。流速增加，强化对流换热，同时吹落部分聚积在换热器表面的凝水，降低换热热阻，从而提高了换热系数。该实验范围内，迎面风速平均每提高0.25 m/s，空气出口温度增幅约为3.9%，空气侧压降增幅约为17.5%。换热系数增幅约为12.1%。

3 结语

通过展开不同实验条件下，冷冻水(冷媒)温度，进口空气温度和进口空气流速等主要参数对微通道蒸发器换热性能影响的结果分析，得出以下结论：

1)提高冷冻水进口温度，空气侧换热系数和压降有不同程度降低，空气出口温度有所升高。其中对压降较为明显，冷冻水进口温度每提高1 ℃，压降降幅分别约为8.3%。

2)提高进口空气相对湿度，微通道蒸发器空气侧压降，空气出口温度和换热系数均不同程度的增加。其中对换热系数影响最大，相对湿度每提高10%，换热系数增幅约为10.9%。

3)当进口空气流速增加时，空气的出口温度，空气侧的压降以及换热系数都有一定程度的增加，其中对压降影响最大，迎面风速平均每提高0.25 m/s，空气侧压降增幅约为17.5%。

4)影响空气侧压降的主要因素是空气流速大小，进口空气相对湿度对换热系数影响程度较大。

[1] Junye Shi,Xiaohua Qu,Zhaogang Qi. Investigating performance of microchannel evaporators with different manifold structures[J].International Journal of Refrigeration，2011，34(1):292-302.

[2] 过增元.国际传热研究前沿——微细尺度传热[J].力学进展,2000(1):1-6.

[3] 孙少鹏,石 泳,廖 强,等.平行流蒸发器冷凝水排除问题研究[J].制冷与空调,2008(6):97-100.

[4] 梁媛媛,徐 博,陈江平.结霜工况下平行流换热器的换热性能[J].上海交通大学学报,2013(4):674-678.

Experimental study on air side heat transfer performance of microchannel heat exchanger

Chen Hua Zhang Min Li Yuting Zhang Zhiqiang

(TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300134,China)

Based on the heat transfer performance of microchannel evaporator, the parameters such as chilled water inlet temperature, air inlet temperature and air flow velocity are analyzed, such as air outlet temperature, heat exchanger heat transfer coefficient, air pressure drop, etc. the degree of influence of the experimental results. Through the study found that: to improve the chilled water inlet temperature, air side heat transfer coefficient and pressure drop to varying degrees, while the air outlet temperature has increased.

microchannel heat exchanger, condensation, air velocity, chilled temperature

1009-6825(2017)18-0100-02

2017-04-05

陈 华(1972- )，女，博士，教授

TK172

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