分流板开孔面积对微通道换热器流量分配的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国电子科技集团公司第38 研究所 作者:刘巍

  以水为工质,试验研究了3个结构相同但开孔面积不同的分流板的流量分配性能。结果表明:当雷诺数小于2500时,开孔面积对分流板的流量分配均匀性有明显影响,流量分配均匀性最好的是分流板B(开孔面积为150.7mm2),最差的是分流板C(339mm2)。随着雷诺数的增加,分流板A(45.6mm2)和C的均匀性会提高,而B的均匀性几乎不变化。当雷诺数大于2500时,开孔面积和雷诺数的变化对分流效果的影响很小,3个分流板的流量分配均匀性很接近。分流板B的流量分配稳定性最好,安装分流板后试验件的流量分配均匀度比无分流板时提高1倍以上。

1、前言

  微通道换热器结构紧凑、体积小、重量轻、且换热能力强,因此较适合雷达电子设备高散热量的需求,在该领域有很好的应用前景。流量分配不均是设计微通道换热器的难点之一,导致微通道换热器内的流体流量分配不均匀的因素很多,国内外学者对此进行了较为深入的研究,包括对集流管和支管的结构尺寸、支管的插入深度、两相流的入流方向、含气率及流速等因素的研究,得到了一些重要的结论,对微通道换热器的优化设计工作具有参考价值。但真空技术网(www.chvacuum.com)认为上述研究工作与工程实际相比,研究模型相对简单和过于理想化,研究问题较单一,不能全面地反应实质规律。

  近年来,将微通道换热器作为蒸发器应用于汽车空调系统中的研究工作已经取得了一些进展。现有的报道中,常见的微通道蒸发器是24通道2流程的结构形式。在微通道平行流蒸发器中,制冷剂从集流管流入扁管时,要同时对应多根扁管入口,会产生流量分配不均的现象,导致温度场分布不均匀,蒸发器的整体换热性能下降。只有让制冷剂的流量分配尽可能均匀,才能充分发挥微通道蒸发器的优势。Shi提出了在微通道蒸发器内安装分流板的方法来改善微通道蒸发器内的流量分配均匀性,认为结构合理的分流板能提高蒸发器的制冷能力。文献在文献的研究基础上,针对24通道的平行流蒸发器设计了一种改进型的12孔的分流板结构,并试验证明了此分流板结构能使蒸发器的制冷能力提高。文献中入口处的分流板一共采用了3个不同的开孔面积值:350、301和100mm2。文献中入口分流板的开孔面积为45.6mm2。可见常见的分流板开孔面积一般在45~350mm2之间选择,开孔面积太小,会增加流动阻力,开孔面积过大,分流板的分流作用就不太明显。分流板对微通道平行流蒸发器具有重要意义,但针对分流板流量分配性能的研究还很欠缺。文献对不同结构的分流板进行了流量分配试验,结构表明:12孔分流板的流量分配均匀性最好,确定了分流板的机构。分流板的结构确定之后,开孔面积对分流板的流量分配性能也会产生影响。本文在文献的研究基础上,以水为工质,改变开孔面积,对12孔分流板的流量分配特性进行对比试验,研究分流板的流量分配规律及开孔面积对流量分配均匀性的影响,为解决流量分配不均的问题提供参考。

2、试验内容及装置

  2.1、平行流蒸发器的结构和参数

  微通道平行流蒸发器的结构如图1所示,蒸发器的主要部件有集流管、扁管、百叶窗翅片、分流板1和分流板2。平行流蒸发器有2个流程,每个流程有24排扁管。流程如图1(b)所示,制冷剂首先从入口处流入右上侧集流管内,经过分流板1分流后,流入对应的24排扁管,而后在图中左上侧的集流管内汇合,完成第一个流程;左侧两集流管的顶端用盖帽连接,使得制冷剂从上侧集流管的顶部首先流进分流板2所在的左下侧,然后经分流板2分流后流入相应的24排扁管,再进入右下侧集流管汇合,最后从蒸发器出口处流出,完成第2个流程。

平行流蒸发器原理

图1 平行流蒸发器原理

4、结论

  (1)无分流板时,流量分配的稳定性较差,均匀性会随着试验件入口雷诺数的增加而变好,当Re<2500时,均匀性比分流板C要好;当Re>2500时,无分流板时流量分配的均匀性最差;

  (2)3个分流板中,分流板B(孔径为4mm)流量分配的稳定性最好,几乎不受雷诺数变化的影响。在雷诺数较低时,分流板A和C(开孔面积分别为2.2mm和6mm)的流量分配性能容易受到雷诺数变化的影响,而分流板C的孔径较大,受雷诺数影响的范围更广;当入口雷诺数增加到一定值时,分流板A和C的流量分配性能也不再受雷诺数的影响,3个分流板的不均匀度S相差很小,流量分配的均匀度几乎相同;

  (3)无分流板时的不均匀度S始终在0.22以上,而安装12孔分流板后,不均匀度S下降到0.1,流量分配的均匀性提高了一倍以上,可见12孔分流板能明显改善蒸发器的流量分配均匀性,分流板的开孔面积选150.7mm2为宜。

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