一種冷凝器的優化設計方法技術

一種冷凝器的優化設計方法，其步驟如下：設定約束條件；確定總溫度懲罰因子TTP的關系式：????????????????????????????????????????????????；將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數α的函數，通過求TTP的極點得到換熱系數α的最優值：；根據換熱關聯式，確定制冷劑側最優質量流量Gopt；5、根據制冷劑側換熱方程計算出最優管長Lopt：。本發明專利技術利用制冷劑冷凝換熱過程中的兩個溫度降直觀地反映由傳熱和壓降帶來的不可逆損失，提出了制冷劑冷凝換熱性能潛力評價指標PEC及總溫懲罰因子TTP的概念，當換熱系數α為定值時或熱流密度q固定時，制冷劑在壓降及傳熱方面的能量損失情況的評判指標，為冷凝器的優化設計提供了一個新的思路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及機械制冷裝置的
，具體設及。
技術介紹
隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的日益提高，人們對建筑環境的舒適性 要求不斷提高，暖通空調在建筑中的應用也越來越廣泛，由此產生的能耗便隨之增加，約占 建筑總能耗的50%?60%。當前能源緊缺的嚴峻形勢，使得制冷、空調及熱累系統中的能 耗負荷成為能源行業內不容回避的一個問題。如何有效利用節能措施來提高系統能源利 用效率，同時緩解生產企業的成本壓力，已經成為制冷、空調及熱累行業的一個重要發展目 標。 冷凝器是制冷過程中的核屯、部件，在制冷系統中占有非常重要的份額，其運行特 性直接影響整個系統的制冷、制熱能效和能耗情況，因此，提高系統能效比的一個重要環節 就是進行冷凝器的優化設計。 目前國內外對冷凝器研究總的趨勢是；通過傳熱機理和強化傳熱的研究，開發高 效、緊湊、重量輕、可靠性高的新型冷凝器；結合計算機模擬技術、人工智能技術來革新設計 方法，基于系統目標對冷凝器進行優化設計。對于制冷、空調及熱累系統來說，若采用高效、 緊湊的冷凝器，可W使整個裝置的體積和重量減小，能耗降低，因此，冷凝器的優化設計勢 在必行。 在進行冷凝器的設計時，從熱力學的角度講，傳熱系數越大，傳熱驅動溫差就越 小，可W減小由傳熱帶來的系統不可逆損失。但是，從傳熱學的角度看來，當熱負荷一定時， 較小的傳熱溫差會導致換熱面積的增大；該又會帶來兩個問題：首先換熱器結構尺寸會增 力口，無疑會增加系統的制造成本；其次較大的換熱面積會使工質在流動過程中的摩擦壓降 增加，那么由壓降帶來的系統不可逆損失（體現為制冷劑飽和溫度降）也會相應增加；也就 是說，傳熱不可逆損失隨著換熱面積的增大而減小，壓降不可逆損失恰恰相反，因此，在完 成一定傳熱負荷的情況下，存在一個冷凝器的結構優化問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供，該方法在管徑一定 的情況下，尋求最優管長，使傳熱和壓降帶來的系統不可逆損失達到最小，提高系統能量利 用率，節省成本。 為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是；，其步驟如 下：[000引步驟1、設定約束條件；平均熱流密度q恒定，外部傳熱熱阻R。,,為常數，水側質量 流速叫。、進出口溫度Temi和T "。固定； 步驟2、確定總溫度懲罰因子TTP的關系式；TTP = ATdt+AT,t/2 ;其中，AT&為傳 熱驅動溫差，A TJ%制冷劑側壓降相關制冷劑飽和溫度降； 步驟3、將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數a的函數；【主權項】1. ，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、設定約束條件：平均熱流密度q恒定，外部傳熱熱阻Rrart為常數，水側質量流速 、進出口溫度TjP Tan。固定；步驟2、確定總溫度懲罰因子TTP的關系式：TTP = Λ Tto+Λ Tsy2 ;其中，Λ 1^為傳熱驅 動溫差，制冷劑側壓降相關制冷劑飽和溫度降； 步驟3、將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數α的函數 ，通過求 TTP的極點得到換熱系數α的最優值：其中，C為系數，m為指數； 步驟4、根據換熱關聯式，式中，，確定制冷劑側最優質量流量G_; 其中，Nu、Re、Pr是三個準則數，d-管徑，λ ^制冷劑飽和液體導熱系數，G-制冷劑質 量流，X-無量綱數的制冷劑干度，Pf制冷劑飽和液體密度，Pe-制冷劑飽和蒸汽密度； μ ^制冷劑飽和液體動力粘度；Cp^制冷劑飽和液體定壓比熱容； 步驟5、根據制冷劑側換熱方程計算出最優管長L_:其中，為制冷劑進口焓值，h 為制冷劑出口焓值。2. 根據權利要求1所述的冷凝器的優化設計方法，其特征在于，所述傳 熱驅動溫差ΔΤλ:，制冷劑側壓降相關制冷劑飽和溫度降ATot:，其中，Ts為冷凝溫度，Φ ω和f ω采用壓降 關聯式計算得到。3. 根據權利要求2所述的冷凝器的優化設計方法，其特征在于，所述傳熱驅動溫差 Δ Tt和制冷劑側壓降相關制冷劑飽和溫度降Λ T #關系為：Λ T t · Λ L= PEC，其中PEC為 制冷劑冷凝換熱性能評價指標，且PEC = C ·( a )m。4. 根據權利要求1或3所述的冷凝器的優化設計方法，其特征在于，所述系數C取決于 制冷劑性質和管徑大小。5. 根據權利要求1所述的冷凝器的優化設計方法，其特征在于，所述管徑d對于非圓形 管的幾何形狀，用水力直徑替代管徑。6. 根據權利要求1所述的冷凝器的優化設計方法，其特征在于，所述冷凝器為套管式 逆流換熱冷凝器。【專利摘要】，其步驟如下：設定約束條件；確定總溫度懲罰因子TTP的關系式：；將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數 α 的函數，通過求TTP的極點得到換熱系數 α 的最優值：；根據換熱關聯式，確定制冷劑側最優質量流量 Gopt ；5、根據制冷劑側換熱方程計算出最優管長 L opt：。本專利技術利用制冷劑冷凝換熱過程中的兩個溫度降直觀地反映由傳熱和壓降帶來的不可逆損失，提出了制冷劑冷凝換熱性能潛力評價指標 PEC 及總溫懲罰因子 TTP 的概念，當換熱系數 α 為定值時或熱流密度 q 固定時，制冷劑在壓降及傳熱方面的能量損失情況的評判指標，為冷凝器的優化設計提供了一個新的思路。【IPC分類】G06F17-50【公開號】CN104537138【申請號】CN201410626520【專利技術人】王方, 范曉偉, 高龍, 連之偉, 王仕元, 徐菂, 陳潔, 張鹿, 付一珂 【申請人】中原工學院【公開日】2015年4月22日【申請日】2014年11月10日本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種冷凝器的優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、設定約束條件：平均熱流密度q恒定，外部傳熱熱阻Rext為常數，水側質量流速mcm、進出口溫度Tcmi和Tcmo固定；步驟2、確定總溫度懲罰因子TTP的關系式：TTP＝ΔTdr+ΔTsr/2；其中，ΔTdr為傳熱驅動溫差，ΔTsr為制冷劑側壓降相關制冷劑飽和溫度降；步驟3、將總溫度懲罰因子TTP表示為換熱系數α的函數：通過求TTP的極點得到換熱系數α的最優值：αopt=[q20.5(m+1)·C]1m+2;]]>其中，C為系數，m為指數；步驟4、根據換熱關聯式式中，Reeq=Gd[(1-x)+x(ρL/ρG)1/2]/μL,PrL=CpL·μLλL,]]>確定制冷劑側最優質量流量Gopt；其中，Nu、Re、Pr是三個準則數，d?管徑，λL?制冷劑飽和液體導熱系數，G?制冷劑質量流，x?無量綱數的制冷劑干度，ρL?制冷劑飽和液體密度，ρG?制冷劑飽和蒸汽密度；μL?制冷劑飽和液體動力粘度；CpL?制冷劑飽和液體定壓比熱容；步驟5、根據制冷劑側換熱方程計算出最優管長Lopt：Lopt=Gopt·d·(hri-hro)4q;]]>其中，hri為制冷劑進口焓值，hro為制冷劑出口焓值。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王方，范曉偉，高龍，連之偉，王仕元，徐菂，陳潔，張鹿，付一珂，
申請(專利權)人：中原工學院，
類型：發明
國別省市：河南;41