板管式换热器背板温度场和传热研究(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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3　计算结果及讨论
3.1　传热量比较图2表示本文模型对板管式冷凝器和冷凝管在不同工况下传热量的预测误差约在10%以内.冷凝管由于传热量小,计算误差约在10%左右.冷凝器在100～300Ｗ的范围内模型预测平均误差在5%以内.这表明本文提出的模型不仅正确而且具有较高的精度,完全能够满足工程设计和校核的需要.

3.2　背板温度场不均匀性讨论
图3表示板管式冷凝器在质量流量为9 36ｇ/ｓ、进口温度为42 8℃工况下背板中间温度场沿垂直方向的变化.图4表示板管式冷凝管在质量流量为9 15ｇ/ｓ、进口温度为38 6℃工况下背板中间温度场沿垂直方向的变化.对冷凝器和冷凝管在23个工况下背板温度场的计算和实验表明,实验中测点温度的计算平均误差约为4 3℃,均方根误差为6 2℃.实验发现,计算误差较大的点一般都是靠近边缘的测点.这是因为模型假定边缘绝热,忽略背板边缘效应之故.略去边缘测点后模型计算的平均误差为2 5℃,均方根误差为3 3℃.这表明模型对背板温度场的计算合理.由图4还可以看出,冷凝器和冷凝管背板温度场在垂直方向很不均匀,因此若将其视为等温平板计算难免引起较大误差.

3.3　背板温度场
采用本文建立的模型对板管式冷凝器(质量流量为6 72ｇ/ｓ、进口温度为53 5℃)和冷凝管(质量流量为9 15ｇ/ｓ、进口温度为38 6℃)的背板温度场进行了计算,如图5所示.可以看出,背板温度不仅在垂直方向不均匀,在水平方向也不均匀,而且背板温度场基本上由盘管的布置形状决定.
3.4　误差分析
由上述分析可知,虽然模型的计算结果与实验值吻合较好,但还存在一定的误差,其来源于实验测量误差和模型所作简化假定引入的误差2个方面.在实验中,温度和温差测量采用的热电偶经标定后分度误差为0 1℃,考虑到采集系统的精度,实验温度和温差测量误差约为0 2℃.流量测量采用称重法测量,而且测量时间较长,误差可以忽略,因此传热量的实验误差较小.由于模型简化假定引起的误差主要来源于:①忽略背板向绝热层的传热;②对非等温背板自然对流传热采用了等温平板自然对流传热局部Ｎｕ的计算公式.由于实验采用的电冰箱箱体在背板背部有75ｍｍ厚的发泡绝热层,因此前者忽略的传热量不到总传热量的5%.后者虽然会导致一定的误差,但不影响对本文模型和求解思路正确性的验证.有关非等温平板自然对流传热的研究将是作者下一步的研究内容.

4　结　论
(1)对耦合导热、对流和辐射的板管式换热器建立了数学模型并进行了计算.模型对板管式冷凝器传热量的预测误差约为5%,对冷凝管传热量的预测误差约为10%,对背板温度场的计算误差约为2 5℃.这表明模型合理,具有较高的精度,能满足工程设计和校核计算的需要.
(2)板管式换热器背板温度场不均匀,计算中应考虑其非等温特性.
(3)本文对板管式冷凝器和冷凝管的建模和求解思路,可用于耦合导热、自然对流和辐射的非等温平板传热问题.
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