霜化情态里泵阀空调机压缩机工效的实验研讨

　　换热器数学模型热泵空调器工作过程是一个复杂的热质传递过程，为了简化数值计算，根据各因素对其工作性能的影响，对数学模型作如下简化：（1）制冷剂在管路中作一维轴向流动。

　　（2）不计沿管路轴向的热传递。

　　制冷剂在冷凝器内的流动可分为过冷区、两相区和过热区，且大部分处于两相区，在两相区根据质量流速不同，可分为3种流形，即雾状流，环状流及波状流<2>，而制冷剂在蒸发器内的换热过程大致可分为3段，湿壁区，蒸干区和过热区<3，4>.

　　雾状流和单相流数学模型<5>冷凝器内过冷区、过热区、雾状流及蒸发器的过热区均可作为单相流动处理，其基本方程为：质量守恒方程：5G5x=0（1）动量守恒方程：5（Gu）5x=-5P5x+fN+QgsinC（2）能量守恒方程：5（Gh）5x=qr（3）雾状流管内放热系数<2>：Nu=0.00345Re0.9m1/3（4）单相流的换热系数采用Dittus）Boelter公式进行计算<6>：Nu=0.023Re0.8Pr0.3（5）212两相区数学模型冷凝器内环状流和波状流区及蒸发器湿壁区和蒸干区均为两相流动，其基本方程可表示为：质量守恒方程：55x=0（6）能量守恒方程：55x=qr（7）动量守恒方程：55x=-5p5x+fN+QgsinC（8）其中qr=（4/di）Ar（Tr-Tw）空隙率可采用如下经验关系式计算<7>：Xtt<10：a=（1+X0.8tt）-0.378（10）Xtt>10：a=0.823-0.157lnXtt（11）其中Xtt=（1-xx）0.9（LlLv）0.1（QvQl）0.5冷凝器环状流换热系数由下式计算<2>：Revs（LvLl）（QlQv）0.5<3@104时：Nu=23.1Pr1/3l1/8（CPl$Tr）-1/6（12）Revs（LvLl）（QlQv）0.5>3@104时：Nu=0.084Pr1/3l2/3（CPl$Tr）-1/6（13）蒸发器湿壁区的换热系数采用下式计算<3，4>：Atp=0.069（Xtt）2/3（Krldi）0.8Pr0.4（14）冷凝器波状流的换热系数由下式计算<2>：Revs<3@104时：Nu=13.8Pr1/3l0.2（CPL$Tr）-1/6（15）Revs>3@104时：Nu=0.1Pr1/3l2/3（CPl$Tr）-1/6（16）蒸发器蒸干区的换热系数采用下式计算<3，4>：Atp=Ad0-Ad0-Av1.0-xd0（xr-xd0）（xd0中介绍的公式计算。

　　当空气侧结霜时，霜层在翅片表面沉积，增加了换热热阻，空气侧的控制方程为：（Cpa$Ha+rw$da）ma=Kfr（Ha-Hf）Ff（19）Kfr=1/<（1AaF+Ra）FfFfr+DfrKfr>（20）其中霜的密度与导热系数采用Hosuda和Uznhashi的经验公式<9>：Qfr=340|Hf|-0.455+85va（21）Kfr=0.0289（1+Q2fr@10-4）（22）假定霜层厚度在微元段上均匀一致，且翅片顶部绝热。结霜对空调器性能的影响为一准动态过程，即认为在一个微元段内过程为稳态。在$t时间内增加的霜层厚度可由下式计算：$Dfr=ma（da.in-da.out）$tQfrA（23）3毛细管的数学模型制冷剂在毛细管中的流动可分为：液相区、亚稳态区和气液两相区<1>，本文采用经验关系式分别计算三个区域内的流动压降。

　　对毛细管作如下假设：（1）毛细管流动为绝热流动，在两相区制冷剂气体和液体均匀混合，为均相流。

　　毛细管液相区压降公式<10，11>$Pr=Nu2r2vr+$lcfu2r2dvr（24）亚稳态区段压降采用文献<4>得出的R22的汽化欠压公式，取整个汽化滞后段为一微元控制体，可按下式计算：$Prsv=0.679（v-vl）Re0.914（$TscTc）-0.208@（dDc）-3.18KcR3/2/（KTs）1/2（25）式中玻尔兹曼常数k=1.380622@10-23J/K，参数长度Dc=（KTs/R）1/2@10-4，常数Kc取为2.0.此压降公式和液相区比较少了局部阻力项。

　　毛细管汽液两相区的压降<3，10>dPdx=<2fdG2Qm+Gv-vlhv-hldhdxá>/{1+G2á}（26）á=1/<1+G2（vv-vl）Qm（hv-hl）>（27）液相区和亚稳态区的长度根据式（24）和（25）就可以算出，在两相区先将其划分成许多微元段，在每个微元段中可以将式（26）化成差分形式，计算出每段微元的长度，然后全部相加就可以得到两相区的长度。

　　压缩机模型本文模拟的空调器制冷系统采用的是涡旋式压缩机。在制冷系统中，一般采用集中参数法或者以压缩机性能曲线为依据，进行数据拟合得到所需性能指标。本文采用数据拟合的方法建立压缩机的集总参数模型，根据厂家提供的性能数据拟合压缩机制冷量、耗功率及质量流量随蒸发温度、冷凝温度变化曲线<1>.

　　模型方程的求解将压缩机、冷凝器、蒸发器和毛细管通过一定质量、能量的耦合关系联立起来求解。先假设系统的冷凝温度与蒸发温度及过热度，由此算出压缩机的质量流量及其出口温度和出口压力，然后将压缩机的出口参数作为冷凝器的入口参数进行冷凝器的数值计算，计算出的冷凝器的出口温度与出口压力作为毛细管的入口参数。以毛细管的入口参数和初设时入口参数计算毛细管的质量流量，将毛细管的质量流量与压缩机的质量流量相比较，对冷凝温度进行修正。如果在精度范围内，则以冷凝器的出口参数计算毛细管的出口参数，再把毛细管的出口参数作为蒸发器的入口参数进行蒸发器的数值计算，算出蒸发器的出口参数；再以蒸发器的出口参数作为压缩机的入口参数计算压缩机的质量流量，将压缩机**次计算的质量流量与第二次相比较，修正蒸发温度。由此循环计算直到收敛。

　　实验研究实验装置及测试仪器实验装置如所示。整个实验系统由焓差室、热泵样机、测量系统3个部分组成，焓差室用于模拟实验所需的室内外侧环境，其建造符合GB/T7725-19965房间空气调节器6标准，并经国家压缩机制冷设备质量监督检验中心标定验收。

　　热泵样机是在添加高静压管道机的基础上经过改装而成的。测量系统主要由压力、温度、湿度及风速测量装置组成。

　　换热器壁温采用敷设在换热器管端弯头上的热电偶进行测量。室外换热器被分液头分成8路，本文只测量了中间的两路。热电偶选用铜-金康铜热电偶，均经过标定。壁温的采集选用日本YOKOGAWA电子公司生产的IMDR232-01E型温度巡检仪对所测的温度进行自动检测与记录，该装置的*大分辨率为0.1e.制冷剂压力由焓差室测控系统预留的压力测点测量，只要将压力变送器安装在制冷系统上就能从焓差室的数据采集系统读出制冷剂的表压。压力变送器选用中美合资麦克传感器有限公司生产的压阻式压力变送器，测量范围：05MPa，测量精度：0.25%FS.室外换热器进出口温度、湿度及速度测量装置选用24通道温、湿度和速度测量系统，其温湿度传感器采用的是奥地利E+EELEKTRONIKGes.m.

　　b.H公司生产的多功能温湿度变送器SerieEE23（HUMOR10型）。风速传感器使用美国TSI公司生产的8465型风速传感器。

　　实验装置示意1、21空气处理机组；31喷嘴；41接受室；5、61机组进、出口参数取样装置；7、81被测机换热器；91毛细管；101压缩机；111接收室压力计；121喷嘴动压计；131喷嘴静压计612实验结果及分析对某公司生产的一台TSD50CRA型管道机在不同进风温度、不同相对湿度共24种工况下进行了结霜工况下的实验研究，空调器的额定制冷量为12.1kW，取时间步长5min.此处以进风温度为0e，相对湿度为80%的工况为例来介绍热泵空调器结霜工况的动态特性。7给出了该工况下热泵空调动态特性的实验值。同时，为了便于比较，图中也给出了理论计算值。

　　结论（1）模拟计算结果与实验结果基本趋势相符，采用准动态模型模拟热泵空调器在结霜工况下的工作性能简化了数学模型，大大减少了计算工作量；（2）从总体来看，在室外换热器表面结霜后的较长一段时间内，结霜对热泵空调器的工作特性影响不大；当热泵运行40min后，霜层厚度达到一定程度时，制热量、蒸发温度、翅片温度、空气流速等参数的变化速度较大，整机性能迅速衰减。这时若不及时进行除霜，热泵空调器将不能维持正常工作。