空調熱換器的仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及空調熱換器性能分析技術，具體涉及針對空調熱換器的仿真方法。
【背景技術】
[0002]目前，對于管翅式空調換熱器換熱性能的仿真分析主要有如下幾種方式:一是單純的CFD仿真計算方法;二是運用經(jīng)驗關聯(lián)式的數(shù)值模擬方法;三是結合前兩者，加上軟件開發(fā)形成的商業(yè)模擬軟件。下面對這三種方式做簡單介紹:
[0003](I)cro仿真分析方法。應用已有的商業(yè)cro仿真分析軟件，如ANSYS Fluent等，對管翅型空調換熱器進行仿真計算，對于開縫翅片和內螺紋銅管的換熱屬性會有一些簡化處理，如先計算開縫翅片的換熱性能再將其轉化到平翅片模型中，對于內螺紋銅管部分的邊界條件處理是將管壁設置成恒溫，或結合理論計算分析結果設置成對流換熱系數(shù)。然后進行管內一維流動和管垂直方向上的二維換熱形式的仿真計算，這種方法得出的結果可以對不同的管翅形式組合的換熱器進行性能總體評價，但不能對多支路換熱器進行仿真，也看不到換熱器管路內部的工質分布情況。
[0004](2)運用經(jīng)驗關聯(lián)式的數(shù)值模擬方法。結合換熱原理公式和實驗測試結果形成一些換熱經(jīng)驗關聯(lián)式，使用者可以直接輸入一些換熱邊界條件而得到換熱器的相關換熱屬性，如換熱量、換熱系數(shù)沿管程的分布等。這種方法也只能對管內一維流動做數(shù)值計算，不能對多支路換熱器進行計算，另外對于不同的邊界條件關聯(lián)式中的經(jīng)驗系數(shù)要不斷修正，需要大量的實驗測試數(shù)據(jù)作為依據(jù)。
[0005](3)商業(yè)模擬軟件。結合前兩者和軟件開發(fā)而形成。商業(yè)軟件背后一般需要具有一定規(guī)模的研發(fā)團隊作為支撐。目前商業(yè)軟件可以實現(xiàn)換熱器內部工質的分布情況展示和換熱器的優(yōu)化。但由于目前換熱器的形式多樣，其中的關聯(lián)式和軟件開發(fā)也需要逐步更新和升級。空調產(chǎn)品公司在購買軟件后也需要每年提交維護費用，軟件售賣和維護金額一般是比較高昂的。對于不具規(guī)模的小公司來說要承擔這部分費用是很有壓力的，所以這種商業(yè)軟件一般是高校、事業(yè)單位或大公司才有實力購買。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提出一種空調熱換器的仿真方法，解決傳統(tǒng)技術仿真分析不能對多支路換熱器進行仿真、需要大量實驗測試數(shù)據(jù)作為依據(jù)、成本高的問題。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是，空調熱換器的仿真方法，應用于對冷凝工況下平直型多支路的管翅式空調換熱器的性能仿真分析，包括以下步驟:
[0008]a.仿真計算開縫翅片隨不同進風速度變化的換熱系數(shù)，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hfin = h
(Vair );
[0009]b.仿真內螺紋銅管隨著冷媒質量流量和冷媒氣液比變化的換熱系數(shù)和壓降，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe = h(MassR，MFR)和壓降函數(shù)APpipe = P(MassR，MFR)；
[0010]C.將上述的翅片換熱系數(shù)函數(shù)Hfin、內螺紋銅管的換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe和壓降函數(shù)ΛΡ_β，作為整體換熱器的熱邊界條件，并給定相應初始條件，結合二次開發(fā)的計算公式進行迭代計算，反復迭代最后達到收斂條件。
[0011 ]進一步的，步驟C中，所述相應初始條件包括:冷媒入口條件、空氣來流條件、運行壓力條件;其中冷媒入口條件包括冷媒入口溫度IVin、冷媒入口流量Massr-1n;空氣來流條件包括空氣進口溫度Tairin、空氣進風量Qair-1n ;運行壓力條件包括冷媒入口壓力Pr-1n。
[0012]進一步的，在步驟C中，還包括給定一個初始空氣出口溫度Tairmjt，所述根據(jù)相應公式結合軟件二次開發(fā)的計算公式進行迭代計算，反復迭代最后達到收斂條件，具體包括:
[0013]首先，根據(jù)如下公式進行迭代計算:
[0014]Hfin = h(Vair),
[0015]Hpipe = h(MassR，MFR)，
[0016]APpipe = p(MassR，MFR)，
[0017]Hcoeff = Hfin5^Hpipe/(Hfin+Hpipe)；
[0018]各個支路的冷媒流量MassR通過在計算過程中不斷積分獲得，MFr是冷媒氣液比的氣體分數(shù)；
[0019]然后，計算冷媒焓差換熱量Qr以及溫差換熱量0&;
[0020]若滿足IQr-Qair I < z，其中ε表示可接受的迭代誤差值，則結束迭代計算，若不滿足，則調整初始空氣出口溫度Tairciut繼續(xù)進行迭代計算。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:通過仿真分析可以獲得整個螺紋管上的壓力分布、溫度分布、換熱系數(shù)分布、飽和段分布、過熱段分布等，以及冷媒出口溫度、空氣出口溫度、冷媒壓降、換熱量，以及各個支路的冷媒流量;有利于優(yōu)化換熱器管路分布，從而提升整體換熱性會K。
【附圖說明】
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[0022]圖1為多支路的管翅式空調換熱器的仿真計算流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明旨在提供一種空調熱換器的仿真方法，解決傳統(tǒng)技術仿真分析不能對多支路換熱器進行仿真、需要大量實驗測試數(shù)據(jù)作為依據(jù)、成本高的問題。該仿真方法應用于對冷凝工況下平直型多支路的管翅式空調換熱器的性能仿真分析，管翅式換熱器主要由開縫翅片(這里對開橋翅片、百葉窗翅片、波紋翅片等統(tǒng)稱為開縫翅片)、內螺紋銅管、總進口管、總出口管和毛細管組成。首先進行開縫翅片和內螺紋銅管的換熱性能仿真計算，仿真結果以換熱系數(shù)函數(shù)和壓損函數(shù)形式輸出，將二者作為整體多支路換熱器的邊界條件，然后抽取整體換熱器的管路分布結構，其中內螺紋管簡化為光管形式，進口管、出口管和毛細管以詳細模型形式存在，應用ANSYS CFX軟件，結合二次開發(fā)的計算公式，形成整個CR)仿真分析方法。
[0024]在具體實施上，首先，仿真計算開縫翅片隨不同進風速度變化的換熱系數(shù)，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hfin = h(Vair);然后，仿真內螺紋銅管隨著冷媒質量流量和冷媒氣液比變化的換熱系數(shù)和壓降，形成換熱系數(shù)函數(shù)迅咖=11(1&188[?，]\^[0和壓降函數(shù)八?_(3 = 口(1&188[?，]\^[0 ;
[0025]接著將上述的翅片換熱系數(shù)函數(shù)Hfin、內螺紋銅管的換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe^P壓降函數(shù)APpipe，作為整體換熱器的熱邊界條件，并給定相應初始條件，結合二次開發(fā)的計算公式進行迭代計算，反復迭代最后達到收斂條件。
[0026]其計算流程如圖1所示，給定初始條件:包括冷媒入口條件、空氣來流條件、運行壓力條件；
[0027]其中冷媒入口條件包括冷媒入口溫度Tr—in、冷媒入口流量Mass:—in；空氣來流條件包括空氣進口溫度Tairin、空氣進風量Qair-1n ;運行壓力條件包括冷媒入口壓力Pr-1n。
[0028]并給定一個初始空氣出口溫度Tairciut,根據(jù)下列公式進行迭代計算:
[0029]Hfin = h(vair),
[0030]Hpipe = h(MassR，MFR)，
[0031]APpipe = p(MassR，MFR)，
[0032]Hcoeff = Hf in*Hpipe/ ( Hf in+Hpipe )；
[0033]各個支路的冷媒流量MassR通過在計算過程中不斷積分獲得；
[0034]然后，計算冷媒焓差換熱量Qr以及溫差換熱量Qair；針對此兩值，在ANSYS CFX軟件可在計算結果中讀取;若滿足IQr-QairI <ε，則結束迭代計算，若不滿足，則調整初始空氣出口溫度Tairciut繼續(xù)進行迭代計算，直至滿足收斂條件時，停止迭代計算。
【主權項】
1.空調熱換器的仿真方法，應用于對冷凝工況下平直型多支路的管翅式空調換熱器的性能仿真分析，其特征在于，包括以下步驟: a.仿真計算開縫翅片隨不同進風速度變化的換熱系數(shù)，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hfin= h(Vair ); b.仿真內螺紋銅管隨著冷媒質量流量和冷媒氣液比變化的換熱系數(shù)和壓降，形成換熱系數(shù)函數(shù)如[)(3 = 11(1&188[?，]\07[0和壓降函數(shù)八?_(3 = 口(1&188[?，]\07[0 ; C.將上述的翅片換熱系數(shù)函數(shù)Hf in、內螺紋銅管的換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe和壓降函數(shù)ΛPpipe，作為整體換熱器的熱邊界條件，并給定相應初始條件，結合二次開發(fā)的計算公式進行迭代計算，反復迭代最后達到收斂條件。2.如權利要求1所述的空調熱換器的仿真方法，其特征在于，步驟C中，所述相應初始條件包括:冷媒入口條件、空氣來流條件、運行壓力條件;其中冷媒入口條件包括冷媒入口溫度Tr—in、冷媒入口流量Massr-1n;空氣來流條件包括空氣進口溫度Tairin、空氣進風量Qair—in;運行壓力條件包括冷媒入口壓力Pr-ln。3.如權利要求2所述的空調熱換器的仿真方法，其特征在于，在步驟C中，還包括給定一個初始空氣出口溫度Tairciut，所述結合二次開發(fā)的計算公式進行迭代計算，反復迭代最后達到收斂條件，具體包括: 首先，根據(jù)如下公式進行迭代計算: Hfin — h ( Vair )， Hpipe — h (Ma s Sr j MFr )，APpipe = p(MassR，MFR)， Hcoeff — Hf in*Hpipe/(Hf in+Hpipe ); 各個支路的冷媒流量MassR通過在計算過程中不斷積分獲得，MFr是冷媒氣液比的氣體分數(shù)； 然后，計算冷媒焓差換熱量Qr以及溫差換熱量Qalr; 若滿足I Qr-Qair I < ε，其中ε為可接受的迭代誤差值，則結束迭代計算，若不滿足，則調整初始空氣出口溫度Iairout繼續(xù)進行迭代計算。
【專利摘要】本發(fā)明涉及空調熱換器性能分析技術，其公開了一種空調熱換器的仿真方法，解決傳統(tǒng)技術仿真分析不能對多支路換熱器進行仿真、需要大量實驗測試數(shù)據(jù)作為依據(jù)、成本高的問題。該方法包括：a.仿真計算開縫翅片隨不同進風速度變化的換熱系數(shù)，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hfin＝h(vair)；b.仿真內螺紋銅管隨著冷媒質量流量和冷媒氣液比變化的換熱系數(shù)和壓降，形成換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe＝h(MassR，MFR)和壓降函數(shù)△Ppipe＝p(MassR，MFR)；c.將上述的翅片換熱系數(shù)函數(shù)Hfin、內螺紋銅管的換熱系數(shù)函數(shù)Hpipe和壓降函數(shù)△Ppipe，作為整體換熱器的熱邊界條件，并給定相應初始條件，根據(jù)相應公式結合軟件二次開發(fā)代碼進行迭代計算,反復迭代最后達到收斂條件。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105512402
【申請?zhí)枴緾N201510909002
【發(fā)明人】冷少華, 李越峰, 高向軍, 邱名友, 楊濤, 蔣浩
【申請人】四川長虹空調有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月10日