微通道蒸发器的优化设计及流量分配特性研究
微通道蒸发器以其造价低、重量轻、结构紧凑、换热效果好等诸多优点，在民用和军用制冷领域均有广阔的应用前景。微通道蒸发器的特点是制冷剂同时流入平行排列的多根扁管，也叫平行流蒸发器，涉及到各扁管内的流量分配均匀性问题。目前微通道蒸发器内制冷剂的流量分配研究需要深入，蒸发器的内部结构设计还需进一步优化。基于上述问题，本文对微通道蒸发器进行了流动、换热性能的研究和结构优化设计工作。 采用数值模拟方法，基于连续介质假设，研究了微通道的换热机理，对已有的试验方法进行了分析，对实验结果进行了修正，证明了微通道内的换热规律与常规通道内是一致的。 采用数值模拟方法，针对24通道两流程的微通道蒸发器内的流量分配问题，对分流板进行了结构优化，提出了12孔分流板的结构，找出了分流板的最佳开孔面积。对27通道两流程的微通道蒸发器的分流板进行了结构优化，提出了新的分流板结构，找出了最佳开孔面积。 针对24通道两流程的微通道蒸发器，建立了分流板的流量分配试验系统，以水为工质，研究了不同结构的分流板的流量分配均匀性。结果表明:12孔分流板的流量分配均匀性和稳定性均是最好的，流量分配的均匀性随着雷诺数增大而略有提高。 采用试验方法，对比研究了入口分流板的结构对蒸发器的流动和换热性能的影响。试验结果表明:分流板的开孔数量和位置对蒸发器的流动和换热性能影响很大。分流板上的总开孔面积一定时，开孔数量和位置的变化对蒸发器的内部阻力系数没有明显影响。证明了蒸发器采用12孔分流板时流动和换热性能优于其它分流板结构。 对24通道的微通道蒸发器内部结构进行了优化，并以R134a为工质，进行性能对比试验，以期通过改变制冷剂的流向和流动阻力来提高蒸发器的性能。试验结果表明:在保证制冷剂的流量分配均匀性不降低的前提下，增大流通面积可以减小蒸发器内的流动阻力，提高制冷能力。 以水为工质，保持分流板的结构不变，试验研究了12孔分流板在不同开孔面积时的流量分配特性，得出如下结论:分流板的开孔面积存在一个最佳值，为150.7mm2，此时的流量分配稳定性最好，几乎不受入口雷诺数变化的影响，安装12孔分流板后的流量分配均匀度比无分流板时提高一倍以上。 试验研究了分流板的开孔面积变化对微通道蒸发器性能的影响，得出如下结论:随着开孔面积的增加，蒸发器的内部阻力系数减小，但制冷量是先增加后减少。当分流板的开孔面积为150.7mm2时，蒸发器的内部流动阻力系数和流量分配均匀性达到最佳匹配，制冷量最大。
微通道蒸发器;优化设计;数值模拟;流量分配;换热性能
南京航空航天大学
博士
人机与环境工程
朱春玲
2013
中文
TK172
124
2014-06-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）