AMESim软件在空调换热器优化中的应用.docx

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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，随着冷媒

2、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1. 壳体概况32. 换热器设计33. 模型搭建53.1. 材料定义53.2. 换热器管侧建模53.3. 换热器空气侧建模63.4. 换热器分液毛细管建模63.5. 边界条件建模63.6. 换热系统模型74. 仿真结果及其分析74.1. 额定工况仿真74.2. 变风量仿真84.3. 变冷媒流量仿真105. 结论111. 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

3、风式，额定制冷量为7.5kW。夕卜观三视图如图1所示。图1风管机外观三视图2. 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。表1各搅热器的规格参数顿热器代号HRQ1HRQ2HRQ3HRQ4HRQ5HRQ6管/mm555777排教234233片阿mmL51.3131.41.41_6片形开窗片开窗片开窗片开窗片开窗片开窗片单排管数121212121212续表13. 模型搭建3.1.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

4、中参与热交换的 物质有四种，铜、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。O O图2铜、铝和冷媒的材料图标3.2.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。图3管道元件、翅片元件及热容元件图标3.3. 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

5、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/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。图4湿空气元件及单位转换元I牛图标3.4. 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。-ES-图5毛细管元件图标3.5.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

6、焓流速元件和恒定压力及比焓元件。图6边界条件闵牛3.6.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所示。图7 HRQ5模型示例4. 仿真结果及其分析4.1.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。峪量州插垣整寇恪图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。和.热图

7、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1.3mm的换热器。4.2.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制热量/W980093008800830078007300680063005800*-2 排 45_1.5 -B-3 排巾5_：1.3 T-4 排巾5_1.3 T-2排忆1.4 -*-3 排忆1.4 -4 排 47_1.6 2|)8_1.63 排巾 8_1.6 2排巾9_1.6 -3 排巾 9_1.8空气流速/m/s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

8、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。4.3.变冷媒流量仿真制将量M1250)-#中5开南 -排华5开窟 *4排中5开窟冷媒湘量开窗?却邨开窗彳排眇升街排+?外左T-M排如外左图12额定空气流速下不同冷媒流量对应的制冷量代 WH/w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。5.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 冷媒流速的增加，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。