冷凝器换热过程的数学计算模型

冷凝器换热过程的数学计算模型

陈军伟1张珂2

（1.天津市市政工程设计研究院天津300392；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司天津300222）

摘要：本文根据测试机组的冷凝器形式进行建模，机组采用的冷凝器为风冷式翅片冷凝器，制冷剂在换热管内流动，空气在管外翅片侧流动，由于工程有冬夏之分，所以翅片式换热器作为冷凝器是在夏季工况下的应用，冬季由于热泵系统循环与夏季逆向，翅片式换热器则转变为作蒸发器用。因此本冷凝器模型的论述主要针对夏季工况。但值得指出的是，冬季工况时翅片管作为蒸发器，其传热机理同夏季作为冷凝器时是类似的，因此冬季翅片换热器作为蒸发器模型时的传热机理笔者将不再赘述。

关键词：冷凝器；状态参数；模拟；参数模型

1.冷凝器逻辑计算过程介绍

制冷剂在冷凝器中是相变换热。一般来讲，在装置稳定运行时，制冷剂以过热气体状态进入冷凝器，逐渐冷却到气液两相状态，并进一步冷却到过冷液体后离开冷凝器。为了充分反映冷凝器特性，建立冷凝器数学模型时，应当充分考虑研究目的和所要达到的效果。对于冷凝器的特性研究，常用的有三种模型：动态集中参数模型，稳态分布参数模型和稳态集中参数模型[1]。

本文主要研究的是机组稳定运行时的状态，采用稳态分布参数模型[2]。

冷凝器的稳态分布参数模型主要基于以下几点假设[3]：

1）制冷剂在管道中为一维均相流动；

2）忽略重力对流动的影响；

3）不考虑制冷剂在管路中的压降损失；

4）换热器各路分液均匀；

5）流体视为不可压缩流体；

6）冷凝器为逆流换热器；

7）管外空气的流动视为一维流动；

8）管壁热阻忽略不计。

冷凝器与空气的换热为逆流换热，本文基于上述假设，将冷凝器物理模型进行适当简化。

在模型中，将冷凝器分三个区来考虑：过热区、过冷区、两相区。冷凝器模型的收敛判据是冷凝器换热面积，由于冷凝器的结构参数是已知的，冷凝换热面积也是可以求的。程序中关于冷凝面积的计算，主要是基于能量守恒，见公式2-1，公式2-2和公式2-3。

对于过热区的计算，由上文压缩机模型求得的压缩机出口状态参数（温度，焓）即为冷凝器的入口过热状态参数，将其作为冷凝器模型计算的输入参数，另外空气的入口温度、流量是已知的，则可以根据公式2-2和公式2-3求制冷剂在过热段出口焓和空气出口温度参数，在由R-K-S方程求得制冷剂的出口温度因此就可以求得,而综合传热系数确定（见下文）后，冷凝器的面积就可以通过公式2-1计算求得。对于过冷区的计算与过热区类似，而两相区计算作为换热的主要阶段，由于两相区干度随着冷凝器长度是变化的，因此需要分段处理，将两相区分为若干微元，每个微元进行上述换热计算后得到每个微元段的面积之后再进行叠加，得到两相区换热面积。最后进行叠加则可以计算冷凝器的换热面积。

2.冷凝器基本换热方程

4.总结

冷凝器的换热面积主要包括过冷、过热及两相区的换热面积，本文对稳态运行的冷凝器换热参数进行了详尽介绍，希望对空调冷凝器设计的工程计算有一定借鉴作用。

参考文献

[1]陈沛霖,岳孝方.空调与制冷技术手册(第2版)[M].上海:同济大学出版社,1999

[2]王立,热泵空调机组变工况性能研究及其测试平台研制[D]:[硕士学位论文].南京:东南大学,2005

[3]M.K.Heun,R.R.Crawford,Longitudinalfinconductioninmutipasscross-counterflowfinned-tubeheatexchangers,ASHRAETrans.P3774

[4]李君,翅片管式蒸发器的仿真与实验研究[D]:[硕士学位论文].杭州:浙江大学,2005