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1、全空调换热器换3mm铜管设计1、技术路线设计房间空调器3 mm 管换热器的技术思路包括3个步骤，铜管管型的选择、流路参数和铜管管径的寻优以及换热器性能分析，如图1所示。2 、铜管管型的选择确定3 mm 管换热器的最优管型的方法是：以一款量大面广的 5.0 mm 强化管的空调换热器的数据为基准，定量计算3 mm 光管和强化管的传热系数、压降，以及压降带来的温度下降，从而确定最优的管型。（1）铜管参数计算中采用的 5 mm 强化管、3mm 光管、3 mm强化管的参数如表1所示。（2）管型对换热性能的影响运用小管径铜管的管内传热系数关联式，计算得到采用上述 3 种铜管的换热器的UA，如图 2 所示。
2、相同的质量流量下，换热器采用 3mm强化管和3mm光管的UA均显著大于 5 mm 强化管，这是由于3 mm管比5 mm 管具有更大的质流密度，使得管内换热系数显著增加。制冷剂的质量流量为 10 g/s 时，换热器采用 3 mm强化管比5 mm强化管的UA增加14.5%，而3 mm光管比5 mm强化管的UA增加 6.8%。上述结果说明 3 mm光管完全能够达到5 mm换热器的换热需求。（3）管型对压降性能的影响运用管内压降系数关联式计算出换热器采用5 mm强化管、3 mm强化管和3 mm 光管的制冷剂侧压降，进一步得到制冷剂进出口的温度变化量。如图3所示，制冷工况下，换热器使用 3 mm 强化管
3、与使用 3 mm光管相比，压降的平均增幅为28%，温降的平均增幅为 41%，选用光管能够有效减小温降从而提升系统性能。综合换热和压降的计算结果，应当选用3.0mm光管作为更小管径的换热器的铜管，这就解决了3.0mm 铜管的内螺纹不便于加工的问题。3 、换热器流路参数和管径的寻优计算3.1 计算方法（1）流路参数的定义“流路参数”记为（n,N）,其中 n 代表一个支路中的铜管数目，N 代表所有支路的铜管总数。图4 示出了支路中的管数 n 从 1 取到 6 的流路布置示意图。（2）流路参数和管径的算法图 5 所示的不同管径铜管的换热器设计流程包括以下五步：在第二步和第三步中，为了快速得到所有符合要
4、求的流路参数（n,N），需要建立一种合适的枚举规则。该方法使 n 以 1 递增、N 以 1 递增或者递减直到超出范围，可以遍历流路参数的所有可行解。注意到隔断数 n 的取值范围显著小于铜管数 N，且N 的取值是 n 的正整数倍，于是本文采用 n 为主变量、N 为副变量的方法进行枚举。以绘制等 UA 线的枚举法为例，如图 5 右边所示，依次输入光管管径 2.4mm、3.0mm 和 3.6mm，在每一个管径下分别对室内机和室外机的流路参数进行枚举，当 UA 达标时输出隔断数 n 和铜管总数N，最后将这一组（n,N）用光滑的曲线连线。绘制等压降线的枚举法与此类似。3.2 计算模型换热器的换热和压降模
5、型如图 6 所示，它内嵌有小管径光管的管内换热系数和压降关联式，自变量为换热器的流路参数（n,N），因变量是换热器的UA 和制冷剂侧的压降。该计算模型的输入参数是换热器的几何结构和工况参数。其中，几何结构包括换热器的翅片规格、铜管的结构参数等，工况参数包括制冷剂的进口温度和进口焓等。因为换热器的 UA 和压降都依赖制冷剂的质流密度 G，即二者是相互耦合的，所以直接枚举得到同时满足换热和压降要求的流路参数需要较大的计算量。为了减小计算量，本文分别研究换热和压降性能对流路的要求。考虑换热性能时，通过改变（n,N）调节质流密度，管内换热系数 hi 随之改变，进而影响换热器的UA。当调节至满足要求的
6、UA 时，输出流路参数（n,N），得到集合 A。考虑压降特性时，通过改变隔断数 n 和铜管总数 N，可以改变质流密度和管程长度，影响气相在管内流动的摩擦压降，从而调节管内总压降的数值大小。当压降符合要求时，输出流路参数（n,N），得到集合 B。集合 A 和集合 B 的交集即为换热器的最终流路参数。3.3 计算结果3.3.1 流路参数的寻优结果图 9 中,等 UA 线代表所有恰好达到换热要求的流路参数集合，等压降线代表所有符合压降指标的流路参数集合。同一个管径对应的两条线的交点坐标代表该管径下同时满足换热和压降要求的流路。将坐标值圆整后，不同管径的铜管对应的换热器的流路参数见表 2。比较隔断数发
7、现，管径越大则隔断数 n 越大；比较铜管数目发现，内机的铜管数目 N 几乎相同，而外机的铜管数随着管径的增大而减小。3.3.2 管径的寻优结果由图 4 的流路布置图可知，当 n 为偶数时，换热器的进、出口均在管的同侧；当 n 为奇数时，进、出口则在换热器的异侧。设计换热器时，应当尽量使 n 为偶数，这有利于制造、加工和检修。表中 3种管径的铜管用于设计符合要求的换热器，只有3.0mm 光管的隔断数为偶数，因此光管管径应当为3.0mm。4、 换热器的性能分析4.1 换热和压降性能由于确定流路参数时，对 n 和 N 的值进行了圆整，因此实际的换热能力和压降特性需要重新计算。表 3 将新设计换热器的各项性能校核结果与设计要求进行了对比。采用 3.0mm 光管的更小管径换热器的 UA 与原计划指标的偏差在 5%以内，压降与设计目标的偏差在 50%以内，但是压降的绝对数值依旧在合理的范围内，说明这两项性能均满足要求。4.2 成本分析采用 3.0mm 光管代替 5.0mm强化管用于空调换热器，分别计算铜管和铝翅片的材料价格。设计前后的空调换热器成本见图 10，使用 3.0mm 铜管的换热器成本降低了 21.8%。综上，房间空调器采用 3.0mm 光管代替 5.0mm 强化管的设计方法理论上可行。新设计的换热器不仅满足换热要求和压降要求，而且成本下降，应用前景可观。
