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表冷器经验公式通用性的探讨
2015-03-11


经验公式通用性的探讨
  表冷器选型时主要取决于表冷器的换热系数,而表冷器换热系数的经验公式是通过对试件进行试验得到的,对于生产厂家来说,不可能对所有的都进行试验来获得经验公式,这就要求经验公式对具有相同结构参数的必须具有一定的通用性。那么经验公式是否具备通用性呢?从理论上分析,影响的换热系数的因素取决于结构参数空气侧的流速和水侧的流速,对具有相同的结构特性,而尺寸不同的经验公式应该具有通用性。本文分别讨论高度、长度及通水管数不同而其他参数都相同时的通用性问题。
  为此,采用实验方法,分别对3台表冷器进行试验,来验证相同的结构特性下的表冷器经验公式的通用性。

 

1、实验装置及简图
1)本试验在同济大学供热通风与空调实验室调温调湿风洞进行。调温调湿风洞由空气系统、水系统及一些附属设备组成。空气系统由风机、冷却除湿、加热加湿、及风量测量风温测量装置组成。水系统包括制冷机组、水泵、冷冻水箱、热水箱及水两侧量。

2)试验要求和方法
A、试验要求
在冷却试验中,空气进口干球温度,其单个读数及其平均值相差不得超过0.3℃。空气进口湿球温度,其单个读数与其平均值相差不得超过0.2℃。在加热试验中的空气进口干球温度,其单个读数与其平均值相差不得超过0.3℃。
将进水温度和水流量调整到规定值。对于冷却试验,水温偏离规定值不得大于0.1℃;对于加热试验,水温偏离规定值不得大于0.1℃;同时水流量偏离规定值不得大于1%。
B、试验方法
按照表1规定的参数范围,定出试验所需的参数组合。
调节试验装置,使空气和水达到所需的参数,满足上面的要求,即可开始测定,每次测定的延续时间不应少于半小时。在此期间至少应测定四次,且时间间隔应基本相等,取所有读数的平均值作为该次试验的测定值。
调试试验装置,使空气和水参数达到选定的其他参数组合,重复上面的试验步骤。每次得到的测定值应采用两种方法计算换热量,一种方法以空气侧的测定值来计算换热量,另一种方法以水侧的测定值来计算换热量,两种方法计算得出的换热量热平衡偏差不得超过5%,取二者的算术平均值作为试件的换热量。
 


表1 试验参数选取范围
 冷却试验 加热试验
空气进口干球温度,℃ 18~38 —18~38
空气进口湿球温度,℃ 16~30 —
进水温度,℃ 5~20 60~90
空气迎风面风速,m/s 1~4 1~7
水流速度,m/s 0.3~2.0 0.15~2.0

管子规格 肋片间距 通水管数 长度 高度 深度
1# f16×0.5 3.0 16 600 570 197.4
2# f16×0.5 3.0 16 515 608 197.4
3# f16×0.5 3.0 8 600 608 197.4
与试验表冷器相对应的结构参数如表3所示:
结构参数 mm
 管子规格 肋片间距 通水管数 长度 高度 深度
A# f16×0.5 3.0 16 600 608 197.4
B# f16×0.5 3.0 14 600 608 197.4

公式分别如下:
A#的公式
干工况: α=23.3V^0.48Fp^0.31
湿工况: α=52.45V^0.21Fp^0.23ξ^-0.76
B#的公式
干工况: α=24.6V^0.48Fp^0.31
湿工况: α=35.65V^0.31Fp^0.30ξ^0.02
式中:α为对流换热系数(w/m2℃),
V为气流速度(m/s),
Fp为肋片间距(mm),
ξ为析湿系数。

2、实验结果及分析
1)高度的通用性的探讨
从表2和表3中可以看出,1#表冷器和A#只有高度不同,其他机构参数相同,为了讨论在经验公式对表冷器高度的通用性,用1#的实验数据与用A#经验公式计算出来的结果进行比较
工况 | 干工况 | 湿工况
气流速度 (m/s) | 1.51 2.01 2.53 3.02 | 1.48 1.96 2.46 2.96
A# 计算值 | 39.92 45.79 51.14 55.68 | 55.78 61.74 65.27 69.40
1# 实验值 | 37.5 42.83 49.72 52.87 | 55.65 62.47 68.87 72.65

从表4中的数据可以看出,干工况时的偏差范围是2.86%—6.91%,湿工况的偏差范围是-5.23%—0.23%。1#表冷器的换热系数的试验之与经验公式的计算值相差不大,可以表明表冷器的高度对对流换热系数的影响是很小的,在一般情况下可以忽略不计,同时,从理论上分析,表冷器高度不一样,相当于把表冷器并联在一起,其流动状况一样,温度分布也一样,因而,其对流换热系数也应该一样。也就是说,表冷器的经验公式对表冷器高度是具有通用性的。

2)表冷器长度的通用性的探讨
  从表2和表3中可以看出,2#表冷器和A#表冷器只有长度不同,而其它结构参数相同。为了讨论表冷器长度的通用性,对2#表冷器进行试验,并将试验结果与用A#表冷器经验公式计算出来的结果进行比较(在实验中,水流速度都在1.0m/s左右),结果见
工况 | 干工况 | 湿工况
气流速度 (m/s) | 1.491 2.018 2.518 3.081 | 1.512 2.025 2.524 3.025
A#表冷器 计算值 | 39.68 45.88 51.02 56.21 | 56.03 62.17 65.63 69.72
1#表冷器 实验值 | 40.25 47.08 53.95 57.39 | 57.01 63.24 68.95 73.04
  干工况时的计算偏差范围是-5.43%—-1.42%,湿工况时的偏差范围是-4.82%—-1.69%。这样的偏差范围可以表明,当表冷器长度不同而其他参数一样时,其对流换热系数的变化量是很小的,可以认为该回归经验公式是具备通用性的。由于受到实验条件的限制,没有其他的实验数据来对其他种类的表冷器进行校核计算,但是分析认为,既然表冷器长度的通用性对波折片是成立的,那么对波纹片、条缝片应该也是成立的。也曾经研究了迎风面长度(即表冷器长度)的不同对传热系数k的影响,它研究的表冷器长度分别为750mm,880mm,1315mm,其余结构参数相同,计算出的k的误差范围是1.3%—3.65%,可以说明表冷器长度不同,k 的经验公式具有通用性。

3)表冷器通水管数通用性的探讨
  对通水管数对传热系数k的通用性问题进行了研究,其结果表明,对于具有相同结构特性,而通水管数不同的表冷器,虽然水量不一样,但是只要水速一样,空气流速一样,析湿系数一样,那么传热系数就一样。
  从表2和表3中可以看出,3#表冷器和B#表冷器仅通水管数不同,而其它结构参数相同。为了讨论表冷器通水管数的通用性,对3#表冷器进行试验,并将试验结果与用B#表冷器经验公式计算出来的结果进行比较(在实验中,水流速度都在1.0m/s左右),结果见表6:
表6
工况 | 干工况 | 湿工况
气流速度 (m/s) | 1.52 2.043 2.543 3.098 | 1.5 2.0 2.5 3.03
A#表冷器 计算值 | 42.28 48.73 54.13 59.51 | 56.61 61.82 66.24 70.26
1#表冷器 实验值 | 40.33 47.76 53.64 59.08 | 55.69 63.1 67.68 70.8
  干工况时的计算偏差范围为0.73%—4.84%,湿工况时的偏差范围为-2.13%—1.65%。这样就表明,在通水管数不一样而其他条件相同时,对流换热系数的变化量并不大,这也就表明,回归经验公式对通水管数具有通用性。
3、 结论
  本文通过3台表冷器的试验结果,对表冷器的经验公式通用性进行了验证,结果表明,同一厂家表冷器试件通过实验得到的经验公式,在其结构特性相同情况下,具备通用性。


 

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