空調器結構設計對提高產品性能的影響

周雷

【摘 要】空調器的性能指標不僅僅受到運行工況參數的影響，同時也會由結構參數的改變而改變。影響空調器性能參數指標的結構因素有：空調器的過濾材料的設計面積、空調器的過濾效率與容塵量之間的關系等，優化空調器的過濾材料設計面積、折高、以及折距對空調器的能力能效提升都有一定的設計參考價值。在對家用空調進行結構優化設計的時候，通過不斷提高室內機的循環風量，對空調器的蒸發器結構進行優化，對空調器的輸入輸出管進行多進多出的流路設計，可大幅度提高空調器產品的能力能效水平。

【關鍵詞】空調；結構設計；提高性能

家用空調中的蒸發器以及冷凝器都被稱為熱交換器，熱交換器是空調的重要組成部分，空調熱交換器設計的優良水平很大程度的影響到了空調器制冷、制熱能力能效指標。為了促進空調器節能技術的進步，世界各國都制定了各地相應的能源能效的政策以及技術的標準，提倡節能降耗，從而推動空調器能力能效標準的提升。

1 空調散熱器的結構優化設計

1.1 基本假設以及數學模型方面

對家用空調的換熱器整個能量的供給現在有兩種可能，一個是假設具有恒定的熱流密度，第二個是假設具有始終恒定的換熱器壁溫.以下所研究的家用空調換熱器均是采用始終恒定的壁溫的假設進行一系列計算的。首先就要考慮到空調的換熱器整體的結構具有一定的對稱性，在以下的所定義的換熱器均為固體的邊界執行條件，空調換熱器進出口的具體風道和翅片之間具體的空氣流道來做為流體具體的邊界條件，在進口及出口的風道所使用的默認的設置均為固壁的邊界具體條件。換熱器的空氣在入口的界面所在處均采用的是Velocity來作為邊界的條件，換熱器氣流的流出的界面所采用的是Outlet的邊界條件。在具體的高風速的實際工況下，對單元的出口的邊界會出現一定的回流現象，在具體研究的過程中所使用的模型中是采用Outlet來作為具體的邊界條件來進行假設所可能產生的誤差來對整個計算過程的精度造成的具體影響都會在誤差所允許的范圍內，在家用的空調的換熱器的翅片上吹過的空氣造成非常高的風速，這樣就會導致換熱器的壓力發生的損失非常的大以及動力的消耗在急劇的進行增加，如果風速在非常低的情況下就會由于空調在制冷的時侯空氣在整個換熱器的表面發生析濕狀況，這樣就會使空氣一側的空調換熱的系數發生降低，就會導致空調的換熱器自身的換熱功能得不到最大可能的發揮，不能滿足制冷的要求，所以家用的空調機所設置進風的速度一般情況下在2～3米每秒之間。

1.2 對設計的數值模擬的結果進行分析

空調的換熱器在空氣的一側具體的換熱系數隨著換熱器翅片的具體厚度發生增加反而減小，但是進口出口的具體壓降卻是隨著翅片的厚度發生的增加而相應的增大，如果這樣翅片的內部具備的導熱熱阻可以進行忽略不計，換熱器翅片的內外具體溫度場的分布如果均勻，翅片上的總熱量就比較容易通過空氣的流通和對流來將熱量帶走，這樣換熱的能力就比較強，但是翅片的厚度在增加的時侯空氣在橫掠國翅片的時侯所受到的總阻力就會相應的增加，所以進出口的壓降發生增大。

換熱的系數伴隨著翅片的發生的高度變化而相應的存在轉折點，在翅片的高度發生大于這個轉折點的值之后空調的換熱系數就會發生急劇的減小，但是當換熱器翅片的高度過大的時侯換熱器翅片的總體換熱效率就會發生下降，這樣就會使空調換熱系數發生減小，這個時候如果增大換熱器翅片的高度，就將會造成整個換熱器的質量以及體積發生增加，但是雖然換熱的面積發生了增加，但是整個空調的換熱量卻不會發生變化甚至有的時候還會減小，在考慮到整體施工的經濟因素這種做法不合理，所以選取的換熱器翅片的厚度越小就越好。換熱器的翅片自身的波紋長度對整個換熱器的換熱系數以及進口出口的壓降會有一定的影響，在家用的換熱器的空氣以側具體的換熱系數在波紋的長度發生增加的時候隨之發生降低，但是降低的速率是隨著換熱器波紋的長度發生增加而相應的減小.所以這就需要綜合的進行協調空調的換熱系數和換熱器的進口出口的壓降兩者之間的相對平衡，方便在以后獲得比較高的空調換熱系數的時侯也能夠使沿程的具體壓降以及能量的損失維持在一個比較小的數值。

2 空調表冷器性能的仿真

2.1 性能仿真理論的基礎

家用空調箱的表冷器大多數采用的是翅片管式的換熱器來作為空調的換熱設備，其外部是已經被處理過的空氣，其內部主要是走冷水及熱水。保證空調內的空氣和水的換熱模型的通用性能良好，使家用空調能夠在大風量以及多排數的情況下還能夠保證整個模型的物理意義，并且它的算法還要保證具有穩定性和完整性，其仿真的程序穩定的來進行對極限情況的計算。

2.2 仿真模型的求解

這種仿真模型的算法其自身的主體思想是來通過進行假設水的流量，進而來根據水一側的能量守恒以及傳熱關系進行計算空調的全冷量以及內壁溫，并且根據空調空氣側的能量守恒定律以及管壁的導熱方程來計算換熱器的外壁溫同時來計算出風的干球溫度等一系列的計算。

2.3 空調的表冷器實行結構的優化

在對家用空調箱的表冷器進行選型的過程中，所使用的機組風量以及尺寸是定值，所以表冷器迎風的面積和每排的管數及水路數等重要參數都是一定的。在具體的實際應用中，需要進行選用的是既能夠滿足空調換熱的需求，其水阻又比較小的具體回路形式。

3 對空調換熱器的試驗研究

3.1 空調換熱器結構

依據數值的模擬進行計算的結果，來相應的進行制作研發的新型家用的空調換熱器，主要采用的是全鋁的無接觸式的熱阻波紋型翅片的空調換熱器，其空調通道間的壁厚設置為1毫米，使用的冷媒通道設置為4等等。由于家用空調翅片以及冷媒的通道是一體化成型的，這樣就可以徹底的消除產生的接觸熱阻，進而實現換熱器的內部導熱能力能夠得到充分的發揮。

3.2 換熱器試驗的條件

空調試驗的樣品在空調的制冷量的試驗測定中主要有以下兩種辦法，一是量熱計法，二是空氣的焓值法.這個試驗的主要原理是保證在整個運行的工況保持相同的情況下來進行測定具體家用的空調原機自身的制冷量以及功耗和在使用新型的冷凝器之后家用的空調機自身的制冷量以及功耗的變化，對新型的家用空調的冷凝器擁有的換熱性能和替代空調原機的冷凝器自身的可行性進行一系列的分析和判斷。

3.3 試驗的結果分析

在試驗的情況一定的情況下，來進行對家用空調的原機和使用比較新型的冷凝器的家用空調機來進行科學全面的對比性試驗，進而來得到空調的制冷量和出風口時刻的溫度來做對比曲線，家用空調換熱器是翅片式的其自身的換熱量大多數的情況下都是隨著具體的換熱器自身具備的傳熱面積發生的減小相應的進行減小。如果研究的家用空調的冷凝器相比原機的翅片管式的冷凝器的所具備的表面積減小，但是他的制冷量卻要比空調原機的要高。這就表明這個新型的冷凝器具體的傳熱性能要比管片式的冷凝器性能要好很多。

4 結語

由于組合式家用空調機組數字化設計以及仿真操作平臺的需求，需建立工作相對穩定的空調表冷器的集中參數的模型，它的主要優點是能夠進行快速和正確的模擬性能的參數，并能隨著結構的整體變化趨勢，系統化的反映空調器換熱總量和阻力損失發生的具體情況，從而利用具體的能量系數法進行有效計算，最終得出交叉槽的強化管的換熱效率比螺旋槽的強化管的換熱效率要高多的結論，交叉槽的強化管相對直槽的強化管更具換熱優勢。

【參考文獻】

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[責任編輯：龐修平]