AMESim软件在空调换热器优化中的应用

1、 Amesim 软件在空调换热器优化中的应用摘 要: 为寻求特定空调室内机壳体能够发挥的最大换热能力，该文以某品牌的风管机作为研究对象，以使用 R410a 冷媒的管翅式换热器为例，使用 Amesim 软件，通过计算机模拟仿真的方法，以冷媒流量、空气流速、换热管管径、换热管排数、翅片片距为优化参数，以蒸发换热量及冷凝换热量为优化目标对十种不同规格的换热器进行了寻优。最终发现不管是哪种规格的换热器，当冷媒流量不变时，随着空气流速的增加，所有换热器的换热量会逐步增加，当空气流速达到一定值时，随着空气流速的增加，所有换热器的换热量将趋于稳定，但不同换热器的换热量稳定在不一样的值。当空气流速不变时，随着

2、冷媒流量的增加，换热量先是增加，当冷媒流量达到一定值时，蒸发换热器量开始下降，但冷凝换热量依然持续增加。这一结论为空调换热器的设计提供了参考。关 键 词：制冷仿真；管翅式换热器；优化目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc16756629 1.壳体概况 PAGEREF _Toc16756629 h 3 HYPERLINK l _Toc16756630 2.换热器设计 PAGEREF _Toc16756630 h 3 HYPERLINK l _Toc16756631 3.模型搭建 PAGEREF _Toc16756631 h 5 HYPERLINK l _Toc1

3、6756632 3.1.材料定义 PAGEREF _Toc16756632 h 5 HYPERLINK l _Toc16756633 3.2.换热器管侧建模 PAGEREF _Toc16756633 h 5 HYPERLINK l _Toc16756634 3.3.换热器空气侧建模 PAGEREF _Toc16756634 h 6 HYPERLINK l _Toc16756635 3.4.换热器分液毛细管建模 PAGEREF _Toc16756635 h 6 HYPERLINK l _Toc16756636 3.5.边界条件建模 PAGEREF _Toc16756636 h 6 HYPERLI

4、NK l _Toc16756637 3.6.换热系统模型 PAGEREF _Toc16756637 h 7 HYPERLINK l _Toc16756638 4.仿真结果及其分析 PAGEREF _Toc16756638 h 7 HYPERLINK l _Toc16756639 4.1.额定工况仿真 PAGEREF _Toc16756639 h 7 HYPERLINK l _Toc16756640 4.2.变风量仿真 PAGEREF _Toc16756640 h 8 HYPERLINK l _Toc16756641 4.3.变冷媒流量仿真 PAGEREF _Toc16756641 h 10 H

5、YPERLINK l _Toc16756642 5.结论 PAGEREF _Toc16756642 h 11壳体概况本文用于研究的风管机的长度是 1300mm， 宽度是 474mm，高度是 220mm，出风方式为吹风式，额定制冷量为 7.5kW。外观三视图如图 1所示。图 1 风管机外观三视图换热器设计本次研究根据壳体内部可利用空间的情况，设计了 5mm、7mm、8mm 和 9mm 四种管径的换热器，采用不同的换热管排数或者翅片片距，总共设计了十种换热器，每一种换热器的规格参数如表所示。模型搭建材料定义管翅式换热器的换热管为铜材，翅片为铝材， 因此换热器的换热系统中参与热交换的物质有四 种，铜

6、、铝、冷媒以及湿空气，因此模型需要定义的材料有铜、铝、冷媒以及湿空气。铜和铝的材料元件从热库中调取，冷媒材料远近从两相库中调 取，湿空气在湿空气元件中可以定义因此不需要单独定义。图 2 中从左到右依次为铜、铝、冷媒的 图标。图 2 铜、铝和冷媒的材料图标换热器管侧建模建立铜管和翅片这个物理模型的换热模型需要用到三个元件，管道元件、热容元件和翅片元件。管道元件、翅片元件从两相库中调取，热容元件从热库中调取。图 3 中从左到右依次为管道元件、热容元件和翅片元件的图标。换热器空气侧建模空气侧建模需要一个空气源元件和两个单位转换元件，由于空气源元件的输出单位是 kg/s，而翅片元件能接收的单位是 kg

7、/s/m*2，因此来自湿空气元件的风量数据需要转换一下单位才能被翅片元件使用。湿空气元件以及单位转换元件的图标如图 4 所示。换热器分液毛细管建模毛细管建模使用了两相库中的毛细管元件，图标如图 5 所示。边界条件建模以计算蒸发换热量的模型的边界条件为例，一共需要设置三个条件，冷媒流量、冷媒压力和冷媒干度。所使用的元件为通用热力学状态变压器元 件、调制质量及焓流速元件和恒定压力及比焓元 件，图 6 中从左到右依次是通用热力学状态变压器元件、调制质量及焓流速元件和恒定压力及比焓元件。换热系统模型以 HRQ5 的模型为例，HRQ5 共有 3 排，每排有 12 根管，最终建好的换热仿真模型如图 7 所

8、示。图 7 HRQ5 模型示例仿真结果及其分析额定工况仿真根据工程经验，额定制冷量为 7.5kW 的风管机在制冷工况下，冷媒流量为 0.0485kg/h，蒸发入口压力为 9.94bar，入口干度为 0.3，蒸发出口压力为 9.14bar。在额定工况下各个换热器的制冷量如图 8 所示，制热量如图 9 所示。图 8 各换热器制冷量由图 8 可知，5 换热器的制冷量比较低，其次是9 换热器，制冷量最高的是 2 排8 片距为1.6mm 的换热器。图 9 各换热器制热量由图 9 可知，排数对制热量的影响比较大，2排的换热器的制热量均小于 3 排及 4 排的换热器，制热量最高的是 3 排5 片距为 1.3

9、mm 的换热器。变风量仿真图 10 额定冷媒流量下不同空气流速对应的制冷量图 11 额定冷媒流量下不同空气流速对应的制热量由图 10 和图 11 可知，当冷媒流量不变时， 随着空气流速的增加，所有换热器的换热量会逐步增加，当空气流速达到一定值时，随着空气流速的增加，所有换热器的换热量将趋于稳定，但不同换热器的换热量稳定在不一样的值。制冷量能达到最高的是 3 排7 片距为 1.4mm 的换热器，制热量能达到最高的是 4 排5 片距为 1.3mm 的换热器。变冷媒流量仿真图 12 额定空气流速下不同冷媒流量对应的制冷量图 13 额定空气流速下不同冷媒流量对应的制热量由图 12 及图 13 可知，当空气流速不变时， 随着冷媒流量的增加，换热量先是增加，当冷媒流量达到一定值时，蒸发换热器量开始下降，但冷凝换热量依然持续增加。结论最终发现不管是哪种规格的换热器，当冷媒 流速不变时，随着空气流速的增加，所有换热器的