CO2微通道平行流蒸发器数值模拟分析

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CO2自然工质制冷剂替代氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)一直是人们研究的热点。近年来在汽车空调及热泵技术领域,CO2跨临界循环系统的应用取得了很大进展。作为CO2跨临界循环系统中的重要组成部分,微通道平行流蒸发器是决定其系统性能的重要零件。因此研究微通道平行流蒸发器对汽车空调行业具有重要意义。本文以CO2微通道平行流蒸发器作为研究对象,采用Fluent软件对其微通道扁管侧及百叶窗翅片侧流动传热特性进行研究。主要研究工作和成果如下:(1)通过将编写的CO2蒸发UDF程序导入Fluent中,对其在平行流蒸发器微通道扁管中的蒸发传热特性进行模拟研究。结果表明:CO2在扁管内蒸发依次经历间歇流、环状流、雾状流;随着质量流速的增大,CO2蒸发传热系数提高,蒸发干涸点干度减小,质量流速G=500 kg·m-2·s-1时对应的换热系数最大,最大值h=14436 W·m-2·K-1;随着热流密度、蒸发温度的增加,CO2蒸发传热系数增大,蒸发干涸点干度减小。(2)采用Fluent软件对百叶窗翅片侧进行研究,建立空气与翅片耦合的三维模型,探讨空气流经百叶窗翅片时速度、温度、压力的分布规律。结果表明:随着迎面风速增大,流动阻力增加,空气流动效率提高,偏转流经百叶窗翅片间的空气增多;随着空气沿翅片流动,空气温度降低,前半部分翅片的换热性能大于后半部分翅片;随着迎面风速增大,空气进出口的温差减小,v=1.0 m·s-1时进出口温差为9.7 K,v=3.0 m·s-1时进出口温差为5.2 K。(3)提出一种新型变截面百叶窗翅片,并采用Fluent软件对其流动和换热特性进行研究,探讨结构参数对其内部的流动与传热特性的影响,并以综合性能因子JF最大为目标进行了结构参数优化。结果表明:与传统的矩形翅片相比,该新型变截面百叶窗翅片的传热因子j提高了7.3%,阻力因子f增加了2.6%,综合性能因子JF提高了7.65%,整体性能优于传统矩形翅片换热器;当曲率数R*=0.51、百叶窗角度?(28)27°、百叶窗间距Lp=1.1mm、翅片间距Fp=1.2 mm时综合性能最优。
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