空调机组盘管段辅助设计研究

简介： 在空调箱的设计中，表冷器的选择是盘管段设计的主要工作环节。但对于其水力计算相对粗糙，通常只是采用一些由标准试件在标准工况下得出的经验公式进行计算，似乎盘管的水阻力只与水流速有关，与盘管的有效长度、水环路方式无关。由于对表冷器后带水问题的重视不够，在是否加设挡水板上存在着一定的盲目性，这有可能导致两种不当情况出现：在带水影响较轻的情况下不必要地加设了挡水板，人为增大了阻力；在带水影响较严重的情况下没有加设挡水板，对机组的运行产生不利影响。本文就这些问题展开讨论，并用VB编制了计算机辅助设计程序。
关键字：表冷器 带水问题 VB

1 引言

　　在空调箱的设计中，表冷器的选择是盘管段设计的主要工作环节。对于表冷器的热工计算研究较多，计算方法也较成熟。而对于其水力计算相对粗糙，通常只是采用一些由标准试件在标准工况下得出的经验公式进行计算，似乎盘管的水阻力只与水流速有关，与盘管的有效长度、水环路方式无关^[1]-[2]。由于对表冷器后带水问题的重视不够，在是否加设挡水板上存在着一定的盲目性，这有可能导致两种不当情况出现：在带水影响较轻的情况下不必要地加设了挡水板，人为增大了阻力；在带水影响较严重的情况下没有加设挡水板，对机组的运行产生不利影响。本文就这些问题展开讨论，并用VB编制了计算机辅助设计程序。

2 盘管段的热工计算

　　该部分主要包括设计性计算和校核性计算。热工计算的方法很多，虽然有些方法可以用于手算，方便快捷，但毕竟计算精度不高，这里采用了文献[3]介绍的方法，不仅计算精度高，还可直接用于各种工况下的计算。在设计计算中由已知条件解出接触系数后初步确定表冷器型号时，会出现多种型号满足要求的情形，此时应加以人工选择，也可以将所有初步符合设计条件的型号全部进行计算，借助于VB提供的表格控件将计算结果显示在界面中，由设计人员决定取舍。但无论选择那种方式，在根据计算迎风面积确定标准迎风面积时都要求事先设置往上取值（取大）还是往下取值（取小）。设计完成之后对保留的表冷器型号再进一步做校核计算，最终由最优指标（如所耗冷量、经济性等）决定表冷器的取舍。

3 水阻力计算

　　表冷器的阻力计算，通常用由实验试件得出的实验公式=（, n为实验系数和指数，为支管平均水流速）确定。该实验公式反映了实验试件的水阻力特性，当表冷器的管长、联箱直径、弯头数与实验试件相差较大时，用此公式得出的水阻力计算结果往往较实际阻力值相差很多，从而造成选用的水泵扬程偏小，可能影响整个系统的正常运行。

　　表冷器的阻力除与管内流速有关外，还与盘管的管长、联箱直径和弯头数有关。因此，水阻力应由三部分构成：直管段阻力、弯头段阻力和进出口联箱段的阻力。由于盘管的各支管间是并联联结的，其阻力值基本相等，因此只需计算一根支管的阻力值即可。直管段和弯头段的阻力可以直接应用流体力学知识求得。联箱段由于结构复杂，接头部分的局部阻力损失，没有现成公式可以应用，只有通过实验和无因次准则方程相结合的方法来确定^[2]。

　　表冷器的阻力计算公式可表示为：

=

　　其中，m为行程数，l为单根直管段的长度（m），d为管内径（mm），V为管内水流速（m/s），λ、分别为沿程阻力系数和局部阻力系数，为水的动力粘性系数（m²/s），Q为支管流量（m³/s），D为联箱的内径（m），ε（=lgEu/lgRe）为联箱的结构参数，n为支管数 。

4 表冷器后带水问题研究

　　随着空调系统的大型化，表冷器后带水问题变得越来越重要。目前，大多数生产厂家处理带水问题的方法是，当迎面风速大于2.5m/s时，设置挡水板，而没有考虑其他因素对带水的影响。实际上，除了迎面风速外，表冷器的析水量、表冷器高度、机组余压和盘管肋片片间距等因素对表冷器后带水问题也有重要影响。文献[1]对这些影响因素进行了分析，本文尝试在此基础上对影响带水的若干因素进行进一步分析。

　　表冷器后带水的影响不仅与表冷器的析水总量有关，还应该与表冷器的管排数和迎风面积有关，管排数愈大或迎风面积愈大，表冷器后带水的严重性就愈小，因此表冷器后带水的影响应与单位管排数单位迎风面积的凝结水量成正比，凝结水总量由表冷器的进风状态参数和出风状态参数确定；表冷器高度愈高，表冷器后带水的严重性就愈大，因此，表冷器后带水的影响应与表冷器高度成正比；表冷器后带水的影响还与迎面风速和机组余压有关。

　　为综合考虑以上诸因素对带水的影响，并比较不同空调机组的表冷器后带水的差异程度，引进无量纲量X，这里不妨称之为带水影响因子。

　　式中、、、分别为无量纲迎面风速、单位管排数单位迎风面积析水量、表冷器高度和机组余压；α、β分别反映了迎面风速和机组余压对带水问题的影响程度，其值应根据实验确定。根据实验结果或经验，运用模糊数学概念，可以将带水的严重程度分为较轻、一般、严重三级，这三级分别对应于无须设挡水板、应加设挡水板、应加设挡水板并增加挡水板与表冷器间距离，这三级同时与X值的变化范围相对应。

　　该因子可以为设计人员解决带水问题提供参照，当X值对应于严重级时或当X中的一个量如Xp应用户要求加大时，可以设法减小其它一个或几个影响因子。

　　以下是笔者利用辅助程序对两种空气处理机组（均 为 6排）所做的算例：

　　A机组为新风工况，B机组为回风工况时，假设将空气统一处理至。

　　输入各项参数计算，结果见表2。（以A型号参数为标准做无量纲化）

两种型号机组参数值 表1

两种型号机组带水影响因子比较 表2

　　考虑到动压与迎面风速的平方成正比，在计算时α取2，β取1。

　　由上表可以看出，虽然A型号机组迎面风速小于B型号机组迎面风速（2.5m/s），但A型号机组带水影响程度要大于B型号机组，这也说明要解决带水问题不能简单的只考虑迎面风速的大小。当然，α、β的取值乃至模型的正确与否还有待实验的检验。

5 结束语

　　不仅迎面风速对表冷器后带水问题有重要影响，表冷器的析水量、表冷器高度、机组余压等因素对其也有影响；带水影响因子的引进，为设计人员解决带水问题提供比较和启发；表冷器的热力、水力和带水问题的计算对空调机组盘管段的设计是有益的。

参考文献