【毕业设计】制冷专业毕业设计外文翻译--结霜工况下强制对流换热器的翅片性能

为了适应与验证复杂几何形状翅片管式热交换器的模型，就需要进行更多的实验与理论模拟研究。

同时，验证过的模型能够用于显示结霜工况下典型热交换器的些重要的特性。

如图所示，模拟平翅片热交换器的数值模型包括两部分个是用于描述翅化表面与非翅化基面上结霜情况的结霜模型另个是用于描述每个铝翅片传热情况的二维热传导模型。

读者可以参考附录来了解该模型的所有细节，以及用于该模型的精确实验数据验证不稳定性数据与特性的分析讨论。

该模型的关键部分在于模拟了流动区域。

结霜模型应用于寒冷翅片上每点的结霜模型都是维的，并模拟了霜层内传热传质的瞬态情况。

结霜模型的核心方程与边界条件是能量方程水蒸气扩散方程ε冰相连续型方程霜与气流界面的传质边界条件，传热边界条件式中，，是来自于翅的二维热传导模型的翅表面温度。

霜与气流间的传热传质相关用来评估对流传热传质系数，与。

为了用相关进步简化与的计算，假设翅表面霜层增长均匀，即霜层高度相等。

同时还假设与只沿气流的方向变化。

对流传热的相关适用于管内雷诺数在到之间的管内充分发展紊流。

雷诺数为式中，翅间霜自由区域的水力直径。

的计算平均气流速度的计算翅前来流速度。

式中，为翅的来流横截面积。

在与的论文中，图就是用来确定紊流气流流过翅片区而引起的当地努塞尔数的增强程度。

假定随传热传质过程的缓慢变化，传热传质的变化趋势相似式中，是当地舍伍德数。

因此，与是从与的定义中得到的。

翅的导热由边界条件可以看出，霜层内传热的模型与翅的导热模型是相似的。

翅内传热的核心方程为，式中，是源项，由结霜模型参数决定，例如从霜层到翅表面的热流量。

压降与热流量的计算由热交换器翅表面结霜而引起的堵塞，会导致沿翅片的气体压降增大。

假定气体密度恒定，沿翅的气体压降可由下式计算，式中，是考虑由结霜引起的入口与出口压力损失的实验观测系数。

沿每个结霜翅片的热流密度由下式计算，翅间基平面的热流量由结霜模型得出，由下式计算，式中，是非翅化区基平面总面积。

那么，总热流密度为此处，为翅片总数。

气体的平均温度和湿度的计算方程和中气流温度和湿度定义为翅化区气体平均温度与湿度。

也就是对翅化区用能量与质量守恒，此处，空气与翅间的总热流量霜表面湿度随着翅片间气流温度的降低，根据方程的计算湿度的方法，表明气体会达到与气流温度即伴随着空气中的小水滴或冰晶，相对湿度达到相对应的超饱和状态。

气流通过翅间的时间非常短约秒，因此若仅考虑热交换器上的超饱和空气，气流可望保持秒内不在微小尘埃颗粒上凝结与升华。

正如等在论文附录及等在论文附录中所观测的种特殊情况，即当进入翅间的气源为含霜晶和雾滴的超饱和状态，该状态气体的结霜过程与水蒸气的明显不样。

当气源内含有冰晶时，结霜过程主要受扩散的霜晶以及它们在霜层外边缘积累的影响，这种霜层外边缘除了霜层内水蒸气的扩散外没有其他的扩散。

而我们的霜层扩散模型并不适应与这种特殊的物理现象。

在这种超饱和情况中，依赖于空气扩散动力的结霜预计进行的将非常的快并且会非常粗糙。

因此为了发展超饱和气源结霜的数字模型，研究者们需要进行进步的实验与理论研究工作。

恒定气流速度模型的验证等通过精确地数据把这种模型的霜层高度分布与种典型翅片的进行了比较，如恒定流气流速度模型的沿流动方向的霜冻密度的分布，翅面的总热流量及气流的压降等。

这些模拟结果与实测数据比较得出的平均差异列于表。

表中的这些数据来源于系列不同运行工况如不同的霜厚，霜密度，总热流量，沿翅的压降的大量的实验数据。

上述数据唯的不确定性源于实验的平均偏差以及平均模拟数据与测量数据的平均差异。

考虑到每种工况的每组数据之间最大的偏差大约增加倍，而实验的偏差几乎保持不变。

这些验证研究结果与物理数学模型非常接热的核心方程为，式中，是源项，由结霜模型参数决定，例如从霜层到翅表面的热流量。

压降与热流量的计算由热交换器翅表面结霜而引起的堵塞，会导致沿翅片的气体压降增大。

假定气体密度恒定，沿翅的气体压降可由下式计算，式中，是考虑由结霜引起的入口与出口压力损失的实验观测系数。

沿每个结霜翅片的热流密度由下式计算，翅间基平面的热流量由结霜模型得出，由下式计算，式中，是非翅化区基平面总面积。

那么，总热流密度为此处，为翅片总数。

气体的平均温度和湿度的计算方程和中气流温度和湿度定义为翅化区气体平均温度与湿度。

也就是对翅化区用能量与质量守恒，此处，空气与翅间的总热流量霜表面湿度随着翅片间气流温度的降低，根据方程的计算湿度的方法，表明气体会达到与气流温度即伴随着空气中的小水滴或冰晶，相对湿度达到相对应的超饱和状态。

气流通过翅间的时间非常短约秒，因此若仅考虑热交换器上的超饱和空气，气流可望保持秒内不在微小尘埃颗粒上凝结与升华。

正如等在论文附录及等在论文附录中所观测的种特殊情况，即当进入翅间的气源为含霜晶和雾滴的超饱和状态，该状态气体的结霜过程与水蒸气的明显不样。

当气源内含有冰晶时，结霜过程主要受扩散的霜晶以及它们在霜层外边缘积累的影响，这种霜层外边缘除了霜层内水蒸气的扩散外没有其他的扩散。

而我们的霜层扩散模型并不适应与这种特殊的物理现象。

在这种超饱和情况中，依赖于空气扩散动力的结霜预计进行的将非常的快并且会非常粗糙。

因此为了发展超饱和气源结霜的数字模型，研究者们需要进行进步的实验与理论研究工作。

恒定气流速度模型的验证等通过精确地数据把这种模型的霜层高度分布与种典型翅片的进行了比较，如恒定流气流速度模型的沿流动方向的霜冻密度的分布，翅面的总热流量及气流的压降等。

这些模拟结果与实测数据比较得出的平均差异列于表。

表中的这些数据来源于系列不同运行工况如不同的霜厚，霜密度，总热流量，沿翅的压降的大量的实验数据。

上述数据唯的不确定性源于实验的平均偏差以及平均模拟数据与测量数据的平均差异。

考虑到每种工况的每组数据之间最大的偏差大约增加倍，而实验的偏差几乎保持不变。

这些验证研究结果与物理数学模型非常接近，因此现在该模型可以用于模拟与该模型相似物理现象的不同运行工况。

风扇供风情况的解决方法结霜工况下风扇供风热交换器的模拟仿真过程与等在在附录中提出的情况很相似只是，现在的气流速度是随积霜翅间的压降而变化的。

图示出了用于测量翅间气流速度与压降的轴流风机与离心式风机的共同的典型特性曲线。

图中点为热交换器表面结霜之前的气流速度状态点。

点为由于热交换器表面结霜气流速度降到最初的的轴流风机状态点。

对于离心风机，点为风机气流停止不前而气流速度明显下降即将接近到零的状态点。

点和点为除霜预期的起点。

为了简化模型，可以假设翅间空气压降为主导因素。

气流循环的其他压降可以忽略。

该模型是有气流速度与不同类型风机压降的关系再加上其他的模型来完成的。

图还显示了该热交换器翅片表面与基表面持续结霜过程的三个不同时间点和的压力流量特性的系统压降曲线。

风机特性曲线与系统特性曲线之间的状态点就是风机特定时间的工作点。

这交汇区给出了翅间气流速度与压降。

整个数据模型的求解方法使用最后时间的翅片表面温度分布，如对流传热传质系数，如和，及平均气流湿度和温度，如和，作为边界条件解决翅片表面上每个格点的结霜模型。

翅片表面霜层高度是随霜的其他特性而得到的。

解决非翅片基表面结霜模型。

进而得出霜高，。

解决翅片热传导模型，其中源项从第步得出。

运用已知的计算平均霜高。

用方程和求得系统特性关系。

运用风机曲线与系统关系计算翅间气流速度的与压降。

运用相关计算传热传质系数。

运用方程和计算翅片与非翅基面的热流量和总热流量。

运用方程计算平均气流温度与湿度，和。

重复第至第九步，直至结霜过程结束。

模拟结果与讨论模拟结果是建立在表示出的数据为运行工况的基础之上。

图示出了轴流风机的瞬间压力损失与气流入口速度。

图显示出，在的时间内，由于热交换器翅表面结霜的缘故，气流速度降低到最初的，同时压降增加到初始的倍。

这些数据意味着随着时间的增长，气流速度与压降间的近似线性的变化关系。

附录中等研究了在他们假设的恒定气流速度条件下，压降随时间趋于变快的情况。

图中部分翅化气流区被霜完全堵塞同时总的翅化气流区无霜的情况被称作霜堵比点。

图中显示出，在运行小时后，多余的翅间气流区被霜层堵塞。

等在附录中指出，翅间气流通路的这种堵塞情况主要发生在冷基表面，这种冷基表面可能会被完全的堵塞并且随时间的增长会从基表面向翅尖发展。

图显示了轴流风机供风的热交换器的每个翅片各个侧面的瞬态热流量。

在结霜的最初时刻，可以观察到热流量的缓慢增长从翅片。

这最初增长的的热流量即翅片是水蒸气在最初清洁的的翅表面结霜相变传质并直接向翅表面释放潜热的缘故。

在这最初的短暂结霜时间之后，每个翅片的热流量都随时间的增长而下降。

在结霜后，气流速度降低到最初的半，热流量降到最初的从翅片。

热流量的下降有两方面的因素翅表面的霜层像个保温层样，因此它增大了翅表面的热阻降低了热流量翅表面结霜堵塞了气流通路，导致气流速度下降进而降低了空气和翅表面的对流传热。

附录中等指出当在气流恒定和运行工况相似的条件下，翅的热流密度至多降到原来的。

图的结果表明风机的选择为热流量下降的主要影响因素。

为了表明霜积累是翅片效率随温度的变化关系，引进更改后的新的翅片效率的概念。

该翅片效率定义为，此处结霜工况下任意时间的翅的热流量翅表面面积无霜下对流传热系数，翅间平均气流温度基面温度，。

图显示了小时以后该翅