冷却除湿盘管的热工计算.pdf

第 2卷第 2 期 2 0 0 2年 4月 制 冷 与 空 调 REF RI G ERATI ON AND AI R 0： 3 NDI TI ONI G Vo I 2、 No 2 Ap r i l 2 0 02 冷却除湿盘管的热工计算 冉 红 卫 ( 北京万众空调制冷设备公司) 摘 要 提出 了一种冷却陈温盘管 热工计算 物理模型及基于该物理模型的能量计算 方法水 膜热阻法 。 美键词冷却除湿盘管热工计算物理模型水膜热阻能量计算 HEAT TRANS FER CALCULATI oN oF C0oLI NG AND DEHUM I DI FYI NG CoI L RAN Ho n gwe i ( Be ij i n g MT D Ai r C o n d i t i o n i n g Re f r i g e r a t i o n E q u i p me n t C o r p ) ABS T RAC T p r e s e n t s h e a t t r a n s f e r mo d e l o f c o o l i n g a n d d e h u mi d i f y i n g c o i l a n d b s a e d o n t h i s mo d e 1 c a r r i e s O U t h e a t t r a n s f e l c alc ula t i o n me t h o d wa t e r fi l m t h e r ma 1 r e s i s t a n c e KE YW ORD S c oo l i n g a n d d e h u mi d i f y i n g c o i l h e a t t r a n s f e r mod e l f o r e n e r g y c a l c u l a t i o n wa t e r f i l m t h e r ma l r e s i s t a n c e e n e r g y c a l c u l a t i o n 前言 关于冷却 除湿盘管的能量计算 ， 国内主要有 “ 析 湿 系数 法 ” 或称 “ K 值 法 一 - 、 “ 等 价 干 工 况 法” 等多种算法 ， 这些算法在满足盘管相似条件 或盘管能量计算精度要求不高的前提下是行之有 效的， 而在相似条件不满足或精度要求较高如中华 人民共和国国家标 准 规定换热量不低于实际问 题的 9 5 的精度来说 ， 就未免相 差太远。本文 给 出冷却除湿盘管能量计算的热工计算物理模型及 基于该物理模型的能量计算方法水膜热阻法。 1 物理模型 冷却除湿盘管之热量传递分为三个过程 ： ( 1 )过程一 ： 空气一湿散热片表面水膜的热传 +质传 ( 水蒸汽冷凝 ) ； ( 2 )过程二 ： 湿散热 片表面水膜一散热片一管 外壁一管内壁的热传 ； ( 3 )过程三 ： 管内壁一管内冷水的热传 。 2 基 本热传 递方 程 分析过程一， 空气 向湿散热片表面水膜的热传 递属对流热质传递 ， 该过程满足麦凯尔( Me r k e 1 ) 方 程 ： ： Q1= h A C 。( h h ) ( 1 ) 其 中 ： Q 一过程一 中空气通过对流换热向湿散热 片 表面水膜传递的热量 ； 空气流过湿散热 片表面的对流换热系数 ； A 一空气侧的热传递 面积 ( 翅 片散热 面积 + 换热管的外表面面积) ； c 一空气的定压比热 ； 空气的焙值 ； 湿表面饱和空气的焓值 分析过程二 ， 热量通过湿散热片表面水膜、 散 热片、 管外壁传递到管 内壁属热传导 ， 该过程满 足 方程式 ： Q2= A ( T T内 壁) ( R水 睡+R瞥 壁)( 2 ) 其 中 ： Q2 一过 程二 中通过湿散热 片表 面水膜、 散热 片、 管外壁传递到管内壁的热量i A 一水侧 的热 传递 面 积 ( 换 热管 内表面 面 积 ) ； 丁 湿散 热 片表面 水膜外 表 面温度 ： T自 壁一管内壁表面温度 ； R 一湿散热 片表面水膜热阻 ； 维普资讯 制冷与空调 第 2卷 R管 壁 管壁热阻；c 一空气的定压 比热 ； 分析过程三 ， 其热量传递为管内壁直接向管内h I 、 h i 2 一进 、 出 口湿表面饱和空气的焙值 ； 水的放热 ， 属对流热传递， 该过程满足方程式 ： A 一水侧 的热传 递面积 ( 换 热管内表 面面 Q 3= h A ( T 一 T ) ( 3 ) 积 ) ； 其中：T i t 、 T 2 一进 、 出口湿散热片表面水膜外表面 Q 一过程三管内壁向管 内水的放热量 ； 一管内水的对流换热系数 ； A 一水侧 的热传 递 面积 ( 换 热 管 内表 面面 积 ) ； T 壁 一管内壁表面温度； T 一管 内冷却水的温度。 当热传热递进入稳态过程时 ， 有 Ql： Q2= Q 3 ( 4 ) 由于湿表 面饱 和空气 焓 h， 与湿 散 热片表 面水 膜外表面温度 T 存在函数关系式 h = ( T ) ( 5 ) 固此 在空气侧、 水侧状 态参数和盘管几何条 件已知的情况下 ， 结合( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 、 ( 4 ) 、 ( 5 ) 五式 ， 以求出盘管在 该工况下传递的总能量。 3实际应用 在 实际换 热过 程 中 ， 由于 空气 、 水 流 过 盘 管时 状态参数要发生变化 ， 这时必须考虑空气、 水进 出 口参数的不同。根据该物理模型， 在考虑空气 、 水 进出 口参数变化情况下， 其能量传递满足如下方程 组 ： Q= - ( h l h 2 ) ( 1 ) Q=h A C ( ( h 1 十h 2 ) 一 ( h 】 +h z ) ) 2 ( 2 ) ( 2 =A ( ( T 】 +T 2 ) 一( T内 壁 1 +T内 壁 2 ) ) 2 ( 尺水睡+R管 壁) ( 3 ) Q：h A ( ( T内 壁1 +T内 壁2 ) 一 ( T l +丁 ) ) 2 Q=m C - ( T z +T 1 ) h l =f( 1 ) h 2 =f( T 2 ) 其中： Q一盘管传递的总热量； m 一空气的质量流量 ； h 。 1 、 。 2 一进、 出口空气的焙值 ； ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) 一空气流 过湿散热 片表面 的对 流换 热系 数 ； A空气侧 的热传递面积 ( 翅片散热面积 + 换热管的外表面面积) ； 温度 ； T内 壁 l 、 T内 勤 一进 、 出 口管 内壁 表 面温度 ； R 一湿散热片表面水膜热阻 ； R臂 壁 一管壁热阻； h 一管内水 的对流换热系数 ； m 一水 的质量 流量 ； C 一水 的定 压 比热 。 T 1 、 T们一管内进 、 出口水温； 当盘管几何条件 、 进风、 进水状态参数已知 联 立求解上述方程组即可求 出出风状 态、 出水状态、 盘管总换热量。也可编程逐排计算 出每排的换热 量， 累计求和即可得到精确的能量解。 4讨 论 该冷却除湿盘管热工计算物理模型及基于该 物理模型的能量计算方法首次引入 了水膜及水膜 热阻的概念 ， 这有别于传统的任何一种算法 ， 从下 面的简单分析就可 以看出， 水膜热阻对盘管的能量 计算会产生较大的影响 假设有 一冷却除湿盘管 ， 在不考虑水膜 热阻 时， 其传热系数为 K=8 0W m0 ； 如果考虑有 d = 0 2 r f l m厚 的 水 膜 ，水 膜 热 阻R 水 腹 = 0 0 0 0 3 4 1 m W (1 5 水 的 导 热 系 数 为 0 5 8 6w m ) ， 则 K = 7 7 8 7 W ， 下 降 2 6 6 ， 可见影响较大 。传统的算法由于没有考虑 水膜厚度 ， 因此当盘管排数不同时就必须采用不同 的经验公式 ， 而这些经验公式又是在一定实验工况 下的实验结果表达式 ， 当计算工况与实验工况相差 较远 时， 周工况不同、 除湿量不同、 盘管表面积不 同， 水膜的厚度就不同， 仍用 同一经验公式计算， 误 差显然会较大， 而基于该物理模型的这种算法则可 避免这一缺点。 用此方法或称水膜热阻法计算冷却除湿盘管 的能量 ， 物理概念 比较清晰， 但水膜厚度的确定是 一 个难点 ， 水 膜厚度不仅 与盘管的排、 孔间距 、 片 型、 材质是否亲水性等有关 ， 而且还与进风 、 进水工 况等有关 ， 水膜厚度如能较准确 的确定 ， 则盘管能 量的计算会有较高 的精度 ( 下 转 第 5 9页 ) 维普资讯 第 2期 李郁 ： 娱 乐性 人工冰场及其设计 室 内温度 ： +2 2 ； 室 内湿度 ： 6 O ； ( 2 )计算冰场热负荷 ： Q = q F x F 其中 F 一冰场单位面积热负荷 ， w m ； F 一冰面 面积 ， H ； 对流换热负荷 ： 吼 =n 。 ( t 。一 ) 5 7 2W r n 其 中。 一对热流热系数 ， 2 2 w n 1 2 - ； t 一空气温度 ， +2 2 ； 一 冰面温 度 ， 一4 ； 对流传质负荷 ： q ： ( d 。 一d 6 ) 1 0 r =4 8 1 w m 其中 d 一传质 系数 ， =n 9 2 0=2 3 91 0 Kg m s ： d 一空气含湿量， 9 8 g K g ； d 6 一冰温下饱和空气含湿量 ， 2 6 9 g Kg ； r一凝结和凝固潜热 ， 冰温4时水蒸汽 的 =2 8 3 61 0 J Kg ； 太阳辐射负荷 ： q =0 W m 地下传热负荷 ： q =K( t g t p ) 5 9 8W m2 其中K一地下层传热系数 ， K=0 2 3 W m ； 一地 温 ， 2 2 ； 一 排管温 度 ， 4 ； 冻冰负荷 ： =6 A t =1 8 8 9W m 其中6 一每次浇冰厚度 ， 0 0 0 1 m； D 一 冰的密 度 ， 9 1 7 K g m ； h 一水 冷却并结冰热量， 8 O水 冷却 、 结冰 至 一 4 放 出 的 热 量h= 6 1 8 1 O J Kg； 一每次浇水冻结时间 ， 1 2 h ； 冰场单位面积热负荷 q F= q q + q + q + q = 3 0 0 1 8W m 冰场冷负荷 ： Q=q F F=2 4 0 1 4 4 K W 冰场设计负荷 ： 0 = 1 1 5Q =2 7 6 1 7 KW 我们设计采用乙二醇间接制冷方式 ， 基于上述 计算 ， 采用 冰山牌螺 杆 乙二醇 机组 YC K R1 6二 台， 机组蒸发温度 一l 5 ， 乙二醇浓度 3 8 8 ， 出 水温 度 一1 0 ， 回水 温度5 。玲却 排 管 采 用 D 2 0 X 2开泰管 ， 管间距 6 0 mm 总管采用无缝管。 地 面做 法见 图 2 一 地 川 理 、 ： 1 水甚 牟趣凝 士 f 内 排 管 3 吐油防荆 4 聚氯酯 水泥砂蒙抹 j _ 毡 _ 油防潮 甚 7 水混砂浆抹而 H 有 锰 卜 地 n I 图 2冰场地面做法 经长期使用 ， 制玲 系统运行 正常 ， 冰场冻冰质 量好， 冰面温度均匀 ， 达到 了设计要求。 参 考 文 献 1 陆亚俊 ， 马最 良 虎志庆编著制拎技术 与应 用北京 ：中国建筑工业 出版杜