《硕士学位论文-套管换热器与翅片管换热器的动态分布参数仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硕士学位论文-套管换热器与翅片管换热器的动态分布参数仿真（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上海交通大学 硕士学位论文 套管换热器与翅片管换热器的动态分布参数仿真 姓名：刘焘 申请学位级别：硕士 专业：制冷与低温工程 指导教师：丁国良 20080201 申请上海交通大学硕士学位论文 I 套管换热器与翅片管换热器 的动态分布参数仿真 摘 要 空调器在实际运行过程中换热器的各种条件不会一成不变时刻 处于不稳定状态如何控制换热器运行在最佳工况需要对换热器的动 态特性进行研究本文将对两种广泛采用的换热器套管式换热器和翅 片管换热器进行分布参数建模并设计算法围绕这个目标本文开展 了如下工作 (1) 针对套管换热器现有动态仿真算法存在的缺点 算法稳定性依赖于迭 代压力初值提出了套管换热器近分相动
2、态分布参数模型的改进算 法新算法在提高算法稳定性的同时拓宽了算法的适用范围且计 算速度与原有算法相当 (2) 将改进的套管换热器动态仿真算法推广到翅片管换热器并在翅片管 换热器模型中考虑重力管翅间导热管路分支汇合等因素并着重 在模型中考虑翅片管换热器在实际运行过程中可能遇到各种干湿工 况开发出一个通用稳定的动态模型和算法 (3) 针对复杂管路连接的翅片管换热器 提出一种新的管路连接数学描述 方法制冷剂流程数组与其他已有的管路连接描述方法相比制冷 剂流程数组方法具有以下优点 a) 直接描述制冷剂的流程 即换热管 的计算顺序表达形式直观 便于用户检查和输入 b) 能够描述任意 管路布置的换热器c)
3、 相对于现有的能够描述任意管路布置的方法 能够节省约 37-80的存储空间适合用于翅片管换热器的管路连接 优化上 (4) 采用公开发表文献中的实验数据来验证套管换热器动态仿真程序 套 管换热器仿真程序的预测值与实验值良好吻合误差均小于 5% 申请上海交通大学硕士学位论文 II (5) 搭建翅片管换热器验证实验台 并对翅片管动态仿真程序进行实验验 证工作 验证结果标明 a) 翅片管换热器动态仿真程序能良好的反应 出制冷剂沿程参数分布 b) 翅片管换热器动态仿真程序预测的动态过 程与实验基本吻合 但也存在误差 本文对于存在的误差进行了分析 并提出了改进方案 最后简要阐述本文研究工作的不足和进一步的
4、研究设想 关键词套管换热器翅片管换热器管路连接模型动态仿真算法 算法稳定性 申请上海交通大学硕士学位论文 III DYNAMIC AND DISTRIBUTED MODEL OF DOUBLE-TUBE HEAT EXCHANGER AND FIN-AND-TUBE HEAT EXCHANGER ABSTRACT The conditions of heat exchangers are variable and unstable while the air-conditioner is in practical operation. In order to make the heat exc
5、hanger work under high efficiency, the dynamic characteristics of heat exchangers need to be discussed. The distributed dynamic models of two types of heat exchangers, double-tube heat exchanger and fin-and-tube heat exchanger, were established. The corresponding algorithms were also developed. Base
6、d on this purpose, the dissertation realized the following work. (1) A problem in the reported original algorithm of double-tube heat exchanger is firstly analyzed. The stability of the original algorithm relies on the first iterative value of pressure to much extent. Based on the analysis of the ph
7、enomenon that the original algorithm conduces to the instability of calculation, an improved dynamic distributed algorithm is developed. Before solving the flow rate field, the relation between the pressure and mass of phase-change fluid is adopted to determine an appropriate iterative value of pres
8、sure, which will improve the algorithm stability and broaden the algorithm applicability. The computing speeds of two algorithms are compared, which shows they have equivalent speed. (2) Generalize the improved algorithm of double-tube heat exchanger to fin-and-tube heat exchanger. The gravity effec
9、t, heat conduction, path branches and confluences were taken into consideration. Especially, a general stable model and corresponding algorithm for fin-and-tube heat exchanger were developed, and the different dry and wet conditions were discussed. (3) A direct mathematical representation, so- calle
10、d Flow Path Array (FPA) method, was proposed. The new representation method is compared 申请上海交通大学硕士学位论文 IV with the existing methods and shows its advantages in three aspects: a) description capability for the arbitrary tube circuitry; b) visual capability of the representation format; c) Compared wi
11、th the existing methods, FPA can save more than 37%80% memory space. (4) The dynamic simulation program of double-tube heat exchanger was validated with the experimental data in published documents. The relative error between simulated data and experimental data was less than 5%. (5) The validation
12、experiment rig of fin-and-tube heat exchanger was built. Experiments were carried out for validating the dynamic simulation program of fin-and-tube heat exchanger. The results show that: a) the dynamic simulation program of fin-and-tube heat exchanger reflects the parameters along the flow direction
13、 well. b) The simulated transient process fits in the experimental one basically. But the errors still exists. The reason of errors and corresponding solutions were discussed. At the end of this dissertation, the author explains the main research shortcomings and the further research ideas in the fi
14、eld. KEY WORDS: double-tube heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger, tube connection, model, dynamic algorithm, algorithmic stability 申请上海交通大学硕士学位论文 V 符 号 表 变量 A 流通面积m2 d 直径m F 换热面积m2 h 比焓kJ/kg H 焓值kJ l 长度m m 质量流量kg/s M 质量kg n 控制容积个数- p 压力kPa Q 换热量W Re 雷诺数 T 温度K t 时间s u 比内能kJ/kg U 内能kJ v 比容m3/kg
15、 V 体积m3 密度kg/m3 粘度Pa s 翅片效率- 导热系数W/m/K 换热系数W/m2/K空泡系数 x X 轴方向上的单位长度m 管壁厚度m 上标 0 前一时刻参数 下标 a 空气侧 back 后部控制容积 bottom 底部控制容积 cond 冷凝器工况 db 干球 dry 干工况 evap 蒸发器工况 fin 翅片 front 前部控制容积 i 节点编号 is 内管内侧 in 入口 l 液相 max 最大值 min 最小值 os 内管外侧 out 出口 r 制冷剂侧 top 顶部控制容积 v 汽相 wall 管壁 wet 湿工况 wb 湿球 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑
16、重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名刘焘 日期2008 年 2 月 15 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 刘焘 指导教师签名丁国良 日期 2008 年 2月 15 日 日期 2008 年 2月 15 日 申请上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1 . 1 研究背景及意义 随着经济的发展和人民生活水平的提高制冷空调系统
