《地源热泵》基于r22与r410a的同轴换热器性能分析

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1、基于R22与R410A的同轴换热器性能分析赵凯凯石景祯（杭州沈氏换热器有限公司）摘要：本文针对同轴换热器的结构、蒸发和冷凝的机理进行说明，并重点分析了不同工质时蒸发和冷凝的性能。关键词：同轴换热器、蒸发、冷凝、螺旋槽纹管、杭州沈氏、1、引言20世纪是科技迅猛发展的时期，它见证了人类攻克许多困扰多年的技术难题。20世纪初期，我们运用人工制冷手段以获取更舒适的生活、工作环境。作为制冷系统重要的部件，换热器性能的提升无疑会为制冷系统性能的提升做出重要贡献，从而减轻环境的负担。同轴换热器因其在耐压、防堵、安全等方面的杰出特点而被广泛应用。因而同轴换热器在不同制冷剂中的性能如何

2、备受大家的关注。随着R22逐渐退出历史舞台，大家自然关注同轴换热器在R410A下的表现如何。2、R22与R410A的物性对比物性R22R4l0A温度滑移(℃)<0.1冷凝压力(54.4℃时)(kPa)21463386蒸发压力(7.2℃时)(kPa)625998汽化潜热（35℃时)(kJ/kg)172.2168.5比容(35℃时饱和气态)(cm3/g)17.2511.26润滑剂矿物油多元脂3、国内外的研究结论目前国内外许多学者都对R410A的两相换热规律进行了实验研究。制冷剂在管内的沸腾换热是蒸发器中的典型换热过程。对R410A的沸腾换热的研究，国内外的学者大部分是采用

3、水平光滑、强化管以及管外沸腾换热。Wijaya和Spatz研究了蒸发温度为4.4℃、外径为9.52mm的光管内R22和R410A的蒸发表面传热系数[1]，得出R410A的蒸发表面传热系数比R22高23％～63％，其压降比R22低20％～38％的结论。凝结换热过程也是制冷空调系统中重要的换热过程，与沸腾换热相比，对混合制冷剂R410A的凝结换热及压降研究相对较少。TakeshiEbisu等在对R410A水平光管流动实验研究中，同样得到冷凝时的表面传热系数和压降数据[2]。实验结论表明，冷凝时R410A在所有干度范围内的表面传热系数均比R22略低；在蒸发和冷凝时的压降，R

4、410A比R22低30％。还提出Haraguchi的经验公式符合X≥0.4的实验数据。Dongsoo等在饱和蒸汽温度为39℃、壁面过冷度为3～8℃的工况下，对R22、R407C和R410A在水平管的实验中得出：近共沸混合物R410A的冷凝表面传热系数在水平光滑管中比R22高11.0%～17.4%；R410A的冷凝表面传热系数比Nusselt推算出的结果高11.4%～17.7%；比Beaty和Katz的推算结果高8.1％～9.0％。2、R410A在同轴换热器中的相变传热特性同轴换热器通过螺纹槽管来增强水侧和氟侧的扰动，以达到强化水侧和氟侧对流换热的目的。通过Fluent

5、模拟计算螺纹槽管的传热系数比光管大18.3%左右。4.1R410A在同轴换热器中的冷凝特性制冷剂在同轴换热器内的冷凝过程不同于管内冷凝，也不同于管外冷凝。管内冷凝（如图1）的液体受自身重力的作用，沉积在管子的底部；管外冷凝（如图2）的液体则分布于管子的外壁而形成液膜。同轴换热器的截面（如图3）是一个不规则的环形面，其冷凝过程的前期液体少，类似于管外冷凝；冷凝的后期液体较多，液体开始受到外管的限制，此时与管内冷凝又非常相似。我们杭州沈氏换热器有限公司研发部经过理论模拟与大量的试验，对影响该类换热器传热的多个几何变量进行了深入的研究，已经优化整合出多个较佳的组合方案，使该

6、类换热器能扬长避短，综合管内与管外冷凝的优点，实测结果非常理想。图1管内冷凝液膜分布图2管外冷凝液膜分布图3螺旋槽管结构图4.1.1R22和R410A传热性能对比为了对比分析同轴换热器基于R22和R410A的传热性能，我们对六款样品进行测试实验。结果如下：表1冷凝换热量测试数据样品编号换热量（kW）ΔR22R410ASS-0130GT4.766.0326.68%SS-0160GT7.649.321.73%SS-0240GT8.7211.0326.49%SS-0360GT10.6813.2624.16%SS-0430GT12.2415.4726.39%SS-0480GT

7、14.7517.7120.07%SS-0520GT16.4322.1634.88%注：测试工况同为进出水温30/35℃，冷凝温度40℃，过冷度2℃Δ=（R410A的换热量-R22的换热量）/R22的换热量由测试数据可以看出R22与R410A在同轴换热器中的冷凝传热系数相差20~30%，即R410A要比R22在同轴换热器中传热效果好。4.1.2制冷剂侧压降对比：表2冷凝换热流量与压降测试数据样品编号流量(kg/min)压降（kPa）ΔR22R410ASS-0130GT2.0066.9538.48-42.52%SS-0160GT2.91116.876.2