关键词：微通道;;流量分配;;试验研究;;数值模拟
摘 要：微通道蒸发器实现了轻量化和高效化而广泛应用于汽车空调中。由于蒸发器采用了多通道小孔径扁管和百叶窗翅片,结构复杂,空气和制冷剂流动复杂,同时在换热过程中会发生相变,导致流动换热情况更加复杂。目前,业界对于微通道相变机理没有形成统一的认识,本文对微通道蒸发器内的流动传热进行研究。首先总结百叶窗翅片的传热关系式和百叶窗的结构参数对其流动换热的影响。归纳了制冷剂侧流量分配均匀性的研究成果。分析制冷剂蒸发换热过程中两相流的基本流型和流动传热特性,探讨相关沸腾换热机理。利用汽车空调综合试验台对微通道蒸发器进行试验研究,以R134a为工质开展不同工况下的试验,获得蒸发器进出口焓值、温度、压降和空气侧的风阻等参数,分析蒸发器的流动换热能力。通过蒸发器表面布置的热电偶网络,测量得到了蒸发器的出风温度,研究了蒸发器出风温度的均匀性,奠定了蒸发器结构的优化方向,以提高温度分布均匀性以及整体换热能力。针对蒸发器表面温度不均匀的问题,侧重优化了蒸发器集流管内的结构特征,通过改变集流管中节流板的位置和孔径大小来调节制冷剂的流量分配。基于三维仿真软件STAR-CCM+对其进行三维仿真,研究表明在集流管流动方向上两个节流板较为合理,能明显的改善流量分配不均匀的现象,使压力损失控制在合理范围内,且不同的流程节流板的安装位置有最佳值。节流板的孔径大小极大的影响流量分配均匀性,孔径过大则节流板的效果不明显,孔径过小则压力损失较大,节流板前流量分配过多,导致分配恶化。在开孔面积相同的情况下,圆形节流孔的导流作用最好且压力损失最小。流量分配均匀性随着进口干度和进口质量流量增大而变差,但是质量流量对于流量分配的影响并不大。以多次校验的试验数据作为三维仿真的边界条件,对三维仿真模型进行修正,以得到更加精确的仿真结果。本文将物性参数以多项式的形式导入到计算模型中,以提高计算精度。在扁管部分采用STAR-CCM+特有的定向网格进行网格划分,提高计算速度的同时保证计算精度。通过试验结果和仿真结果的对比分析发现,空气侧的误差在7%以内,制冷剂侧的换热能力误差在6%以内,充分验证了计算模型的正确性。通过对比结构优化前后的换热能力发现,换热能力增大了304W。对比了不同工况下的换热能力,随着质量流量的增大,蒸发器进出口焓差变小,但是换热量增大,换热能力提高。
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