【HETA】组合管径空调翅片及整机性能的优化设计

今年，制冷空调换热器技术联盟组织相关会员针对组合管径空调进行了立项研究，并对具体的结构形式、翅片设计和性能匹配进行优化。

HETA组合管径项目背景

组合管径换热器技术采用小管径铜管和其他不同管径的铜管组成。其不同管径的结构布置有助于室内蒸发器性能的提升。同时，由于采用了小管径铜管，其成本及充注量有所下降。然而难点在于如何布置不同管径的铜管，做到既有益于性能提升，又方便加工制作。

HETA组合管径项目技术路线图

为此，制冷空调换热器技术联盟组织相关会员，联合针对组合管径空调翅片，及组合管径空调整体性能进行了优化设计，目的在于得到性能最优的组合管径翅片及空调系统。研究的技术路线图如下：

组合管径翅片优化设计

（1）对原7mm翅片进行理论分析；

（2）建立CFD模型；

（3）设计最优孔间距；

（4）对最优孔间距进行开缝设计，得到最优开缝结构。

组合管径空调系统优化设计

（1）对企业提供的整机结构参数和实验数据进行性能分析；

（2）分析组合管径空调的优化路线，对室外机换热器进行优化设计，并进行仿真；

（3）对比各优化方案的仿真结果，提出组合管径空调器的优化设计方案；

（4）总结组合管径空调优化设计结果与结论。

HETA组合管径项目实施

CFD建模计算，性能良好的翅片需要具备两个条件：1）迎风侧的翅片表面温度低，2）翅片中部的翅片表面温度高。迎风侧的翅片表面具有整个翅片中最高的换热系数，与空气的换热效率最大，因此迎风侧的翅片表面温度低表明翅片与空气的换热好。翅片中部是最靠近铜管的翅片部分，得到的铜管导热也最多，此处的换热温差也最大，因此中部翅片表面的温度越高，表明此处与空气换热越好。

Gambit 翅片单元在换热器中的位置

设计了4种孔间距的翅片，进行比较。得出翅片C是最优翅片。

(a)换热量比较                      b)换热系数比较

换热器优化设计在布置方式上，要求采用若干排大管径和若干排小管径的排列方式，如下图所示；

大小管径的布置方式               翅片间的连续性要求

经过初步计算，将一排Φ7mm铜管换为Φ5mm铜管，大约可以节省12%的材料成本；由此造成的系统性能下降（由于更换小管径铜管，换热和压降性能的变差），可以通过以下几种方式改善：

（1）交换Φ5mm铜管与Φ7mm铜管的位置，降低Φ5mm铜管对整体性能的影响；

（2）增大室外机传热面积，提高制冷制热工况下的换热量。可采用的措施为，增加铜管换热面积（保持总体高度不变的前提下，减少Pt，以增加纵向管路数），或增加翅片的换热面积（横向增加翅片宽度Pl）；

（3）优化室外机的流路连接，采用效率更高的流路连接方式。

室内机优化方案1的流路图

HETA组合管径项目结论

１）  组合管径换热器能够降低换热器成本并且能够提升换热器性能。项目提供了4种可行的组合管径设计方案，均能使空调器的性能在制冷工况和制热工况下大幅提升。

２） 经过系统匹配，优化方案的整机性能均比原型机好，能效有明显提升。