重力再循环蒸发器流路优化与性能研究

重力供液再循环蒸发器受到工作原理的限制,其流路结构不能借鉴直接膨胀供液系统蒸发器的流路结构。本文首先阐明了重力再循环制冷系统蒸发器流路的优化原则,设计了两种蒸发器流路结构,其中第一种为重力供液系统常用的流路结构,第二种为经过优化的流路结构,在此基础上搭建了重力再循环蒸发器实验台,通过实验对优化前后的蒸发器进行性能对比与分析。研究表明,在保温体温度一定的情况下,经过优化的蒸发器因其每个支路接触空气的平均温度相同,从而能保证并联四个支路制冷剂侧有相同的循环倍率和相同的平均传热温差,经过优化的蒸发器具有更好的性质,尤其在-25℃和-20℃工况下,第二种(改进型)蒸发器比第一种(传统型)蒸发器有更高的单位面积传热量,制冷量分别增大60.3%和44.1%,性能系数分别提高16%和13.8%。

“整数梯度下降”算法对热泵用翅片管蒸发器流路的优化

本文针对热泵用翅片管蒸发器,采用分布参数法构建仿真模型,研究蒸发器流路对其熵产的影响,并开发了基于“整数梯度下降”算法的蒸发器流路优化模型。研究结果表明:当蒸发器换热量增大时,最小熵产点所对应的蒸发器分路数增加,且分液器相对位置前移。通过对比实验与仿真结果,验证了蒸发器熵产(仿真值)与系统COP(实验值)之间的对应关系,即蒸发器熵产(仿真值)的变化可用于预测热泵系统COP的变化情况。在此基础上,以熵产作为“代价函数”,采用“梯度下降算法”构建了蒸发器流路优化模型,获得了设计换热量为2000~6000 W所对应的最佳蒸发器流路。

蒸发器流路优化对重力再循环制冷系统性能的影响

对于给定结构的蒸发器，其换热效率是由蒸发器的再循环量决定的，再循环量则与制冷剂种类、蒸发温度、供液压头以及制冷剂管传入热量（热虹吸动力）等有关。根据数学模型设计出一种翅片管蒸发器，并对其进行优化，研究在不同工况温度及其相应循环倍率下，蒸发器内管路流程布置方式对制冷系统各性能参数的影响。结果表明，流程重新布置后蒸发器的传热系数K比原蒸发器提高15．57％～22．77％，比原蒸发器在直接膨胀供液系统中的传热系数提高了86．59％～138．22％，制冷量和COP分别最高提高了21．24％和55．49％。