熵权法excel计算过程

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什么是 换热器模拟计算模型？


      本文中涉及的换热器特指轻型商用领域制冷系统中的铜管翅片式冷凝器和蒸发器。它们是制冷系统必不可少的元器件，冷媒在冷凝器中完成由气态转化为液态的相变过程，向外界环境放出热量；在蒸发器中完成从液态转化为气态的相变过程，吸收用冷环境的热量达到制冷的目的。


       冷凝器和蒸发器的选型包括铜管内外径的尺寸、管路数量、管路布置形式、翅片间隙以及换热风扇的风量等。选型的结果对应换热面积和空气流速的大小，他们对压缩机输出的制冷量和换热效率有着至关重要的影响。


       此模拟计算模型在已知系统运行工况(如蒸发温度、冷凝温度、过冷温度、吸气温度)和压缩机制冷量的的条件下，通过制冷系统热力计算得到冷媒在各状态点的参数，再结合冷凝器和蒸发器的尺寸计算出需求的管路数。此结果可用于评估现使用的翅片换热器的面积是否合理或作为初步换热器选型的依据。


        具体描述如图1。


A




1


计算过程及原理


   模型计算模型根据空气型干式换热器的传热原理，即换热量等于换热系数*换热面积*换热温差(Q=K×F×△t)。其中换热温差为管内侧冷媒温度和管外侧空气温度的对数平均温差，换热面积以翅片测总表面积为基准。


      模型计算过程如图2所示。




图2.换热器模型计算过程


2


工具运行界面介绍


2.1


总 述


    模型计算工具使用Excel进行数据输入和计算，主要分为三个模块：热力计算，蒸发器面积计算和冷凝器面积计算，如图3所示。Excel必须内嵌Refilb软件，否则无法完成计算。具体安装方法请咨询SECOP应用技术团队。




2.2


参数分类


    在整个计算模型中的参数可分为4类，如图4所示：




2.3


热力计算


    将制冷系统运行工况输入到对应的界面中，根据热力计算得出在冷媒各运行点的参数，计算结果将用于后面蒸发器和冷凝器界面管内侧换热系数的计算。在计算模型中假设毛细管和回气管固定在一起用于内部热交换。


      计算得出的主要参数有：


      温度    焓值   密度   熵值


      制冷系统中主要运行点如表1所示。


      制冷系统运行原理图如图5所示。



图5. 制冷系统原理图


    如图6所示，首先输入使用的制冷剂，然后在热力计算界面运行工况部分输入系统运行的吸气压力、吸气温度、排气压力和过冷温度。有实验数据则按照测试结果输入。如果无测试结果，可按照经验值输入，如表2所示。




图6. 热力计算界面参数输入




表2. 制冷系统原理图


      图7为内部热交换计算模块，在模块中填充红色部分需要填入热交换效率，换热效率与毛细管和回气管的接触程度密切相关，输入参数推荐如表3所示。




图7. 内部热交换界面




表3. 内部热交换效率推荐值


    当所有特征点的参数计算完成后，结果将绘制在压焓图上，如图8所示。




图8. 运行工况点计算结果


2.4


蒸发器计算


蒸发器尺寸计算界面分为5个模块：


◆管内侧制冷剂的换热系数


◆管外侧空气换热系数


◆蒸发器设计尺寸


◆总换热系数


◆需求管路数


      图9为管内侧换热系数计算界面，填充灰色部分需要手动输入。计算得出的管内侧换热系数将用于总换热系数的计算。




    图10为管外侧空气换热系数计算界面，填充灰色部分需要手动输入。计算得出的管外侧换热系数将用于总换热系数的计算。




    图12为蒸发器设计尺寸计算界面，填充灰色部分需要手动输入。主要目的为计算出的管内外侧的表面积比，将用于最终需求管路数的计算。




    在计算界面中需要输入翅片蒸发器的特征尺寸，包括：


◆换热管间水平距离：H1


◆换热管间垂直距离：H2


◆管外径：do


◆管内径：di


◆翅片厚度：δ


◆翅片间距：df


◆单根管长：L


◆管路数：N


        具体描述请见图13。




图13. 翅片蒸发器特征尺寸


    图14为总换热系数计算界面。选择管路材质后会自动对应管路的导热系数，再结合之前计算得出的管内侧换热系数、管外侧换热系数和翅片效率计算出总换热系数。




图14. 总换热系数计算界面


    最终经过图15所示的理论需求管路数计算界面得出蒸发器内表面积和管路数推荐值。在计算时需要输入蒸发器出风温度和回风温度，可输入根据实际布点后测试的温度。如果没有测试数据一般情况下蒸发器回风温度等于柜内设计温度或温控器设定温度，蒸发出风温度取大于蒸发温度5-8℃(取大值时得出内表面积也会相应大些)。


    计算得出的理论管路数可与图12中的实际管路数进行对比用以调整蒸发器的设计。若计算前没有选好蒸发器该参数可作为蒸发器设计的初步选型结果。




图15. 理论需求管路数计算界面


2.5


冷凝器器计算


    冷凝器尺寸计算与蒸发器尺寸计算的原理相同，所以计算界面也基本相同，分为5个模块：


◆管内侧制冷剂的换热系数


◆管外侧空气换热系数


◆蒸发器设计尺寸


◆总换热系数


◆需求管路数


    具体使用方法同蒸发器部分。这里指介绍差异的部分。


    在进行管外侧空气换热系数计算时，对于冷凝器由于风扇规格大于蒸发器风扇，翅片最窄处的空气流速会较蒸发器大些，推荐值为4-6m/s。计算界面如图16所示。




图16. 冷凝器管外侧换热系数计算界面


    在理论需求管路数计算界面，出风温度和回风温度的输入推荐值，对于冷凝器回风温度取室外环境温度；出风温度取小于冷凝温度6-8℃(取值越大得出的内表面积值越大)，如图17所示.




图17. 冷凝器管理论需求管路数计算界面
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