水冷式表冷器热工计算新方法

张建林邓小龙

1江阴精亚集团有限公司

2江苏信息职业技术学院

水冷式表冷器热工计算新方法

张建林1邓小龙2

1江阴精亚集团有限公司

2江苏信息职业技术学院

在大量实验数据的基础上，结合有关文献资料提出了一种新的表冷器热工计算方法。该方法以线性相关性较好的传热系数及析湿系数的试验公式为依据，通过假定水流速进行推导计算，经实测验证，证明具有较高的精度。

表冷器 试验公式 热工计算

0 引言

表冷器是空调机组的核心部件，表冷器的性能直接影响到空调机组的性能。因此，国内外对表冷器的热工计算方法十分重视。目前，水冷式表冷器校核性热工计算的方法有多种，其中计算准确度较高的方法当算干球温度效率法，该方法通过下列方程组进行计算：

式中：ε1为热交换效率系数；ε2为接触系数；t1为空气初状态干球温度；ts1为空气初状态湿球温度；i1为空气初状态焓值；t2为空气终状态干球温度；ts2为空气终状态湿球温度；cp为空气定压比热；i2为空气终状态焓值；tw1为冷水初温；tw2为冷水终温；W为冷水量；ω为水流速；Q为冷量；G为风量；Vy为迎面风速；ξ为析湿系数；A、B、β、γ、m、n为由实验得出的系数、指数。

上述方程组中K是试验得出的试验公式，此种形式回归出的试验公式有一定的缺陷，文献[1]中对此有专门的分析；同时根据热交换理论，对于一定结构的表冷器而言，接触系数ε2应是表冷器迎面风速和排数的函数，即ε2=f(Vy，N)，其中N为表冷器排数，因此当表冷器结构及排数一定后，其接触系数应只与迎面风速有关，而与其他参数无关（如进风温湿度，进水温度，水流速等）。但大量的分析表明，由于接触系数ε2的式（2）中空气侧放热系数α是根据传热系数K的经验公式取α＝AVym求出的，这种定ε2的方法误差是很大的，这在文献[2]中有过专门的分析。本文作者通过热工性能测试台也对上述结论也进行了多次的试验验证，表1为其中一组测试数据。

表1 测试数据

从表1数据中可以看出，对一定结构与排数的表冷器当其迎面风速不变，而改变其进风侧参数后，其接触系数ε2将发生变化，说明接触系数ε2并不完全符合热交换理论，因此若采用ε2=f(Vy，N)的试验公式形式，将会对表冷器热工计算带来较大的误差；而根据文献[3]，接触系数ε2试验回归公式可表达为，但经验证，该试验公式线性相关性仍较差，一般小于0.85，故仍无法保证计算的准确度。

1 热工计算新方法

为此，本文采用了一种新的表冷器热工计算新方法，该法无需接触系数的试验公式，而是采用文献[3]中推荐的精度较高、线性相关性较好的表冷器析湿系数及传热系数试验公式进行推导计算。即通过正交试验法，表冷器传热系数K的试验公式可表达为

表冷器析湿系数ξ的试验公式可表达为

式中：A、c、m、n为由实验得出的系数、指数；T为温度准则，T=(t1-ts1)/(t1-tw1)。

下面通过示例对该法的计算过程加以说明。

已知：表冷器长度为700mm，厚度为66mm，高度为203mm，波纹片片间距2.2mm，排数3排，表面管数8根，φ9.52通水管管数为3根，进风干球温度27℃，进风湿球温度19.5℃，风量为630m3/h，进水温度7℃，进出水温差为5℃，大气压力为101325Pa，求空气的出口参数及表冷器的冷量、水量。

经回归试验，该结构表冷器传热系数及析湿系数试验公式如下：K＝32.91Vy0.43ξ0.67ω0.26，ξ＝2.99e-2.1TVy-0.03ω0.13。

对该机组表冷器基本参数计算如下：水通路总面积Sw=0.000208m2；迎风面积Fy=0.142m2；传热面积F=7.9m2；迎面风速Vy=1.23m/s；空气质量流量G= 0.21kg/s；进口空气焓值i1=55.35kJ/kg。

假定表冷器通水管内水流速ω为0.8m/s（一般ω范围在 0.6～1.8m/s之间），则冷水量 W=ω×Sw×r0= 0.166kg/s（r0为冷水密度，取1000kg/m3）；温度准则T= (t1-ts1)/(t1-tw1)=0.375；析湿系数ξ=2.99e-2.1TVy-0.03ω0.13=1.31；传热系数K=32.91Vy0.43ξ0.67ω0.26=40.68W/(m2℃)；传热单元数β=KF/ξGcp=1.16；水当量比γ=ξGcp/Wcw=0.4；全热交换效率ε1=(1-e-β(1-γ))/(1-γe-β(1-γ))=0.63。

则出口干球温度t2=t1-ε1(t1-tw1)=14.4℃，出口空气焓值i2=i1-ξcp(t1-t2)=38.68kJ/kg；冷量Q=G(i2-i1)/1000= 3.5kW。

供回水温度 Δt为 5℃时，实际水流量 W’= 3600Q/Δtcw=602kg/h，则实际水流速 ω’=W/(Sw×r0× 3600)=0.804m/s。

由于|ω’-ω|＜0.005，说明假设的ω合适，如不合适，应重新假设。

根据出口空气的干球温度、焓值及大气压力可以求得出口空气的湿球温度为13.65℃。则计算结果为：t2=14.4℃，ts2=13.65℃；Q=3.5kW=602kg/h。

2 软件计算流程图

根据计算新方法，编制程序进行计算，软件流程图如图1所示。

图1 软件流程图

3 实验及分析

为验证该计算方法的准确性，笔者利用本公司热工性能测试台进行了多次试验，并将实测值与计算值进行了对比（见表2）。热工性能测试台试验流程如图2所示，其中水流量测试仪器型号为HPLUGB-328P2，精度0.5级；干/湿球温度测试仪器型号为WE700，精度±0.1℃/±2%；水温测试仪器型号为WQ101，精度± 0.1℃；风速测试仪器型号为JCYB-2000A，精度0.5级。

图2 热工性能测试流程图

通过多次实验，说明本计算方法：

1）计算的准确度较高，经大量的试验验证对比，超过95%的测试数据其计算冷量值与实测冷量值误差≤±5%，其余的误差不超过±8%。

2）适用范围较广，尤其在表冷器进出水温差是大温差（如8～10℃）及冷水进水温度不是常规的7℃时，仍能保持较高的计算精度，而且该方法也适用于表冷器干工况时的计算。

3）试验公式容易获得，由于采用正交试验回归K及ξ的试验公式，因此对于一定结构的表冷器而言，根据文献[3]，只需做16组试验就可以回归出相应的试验公式，大大提高了工作效率。

表2 实测值与计算值的对比

4 结语

本文提出了一种新的表冷器热工计算方法。该方法以线性相关性较好的传热系数及析湿系数的试验公式为依据，通过软件编程实现，计算方便，工作效率大大提高，通过实验验证了该方法的有效性并具有较高的精度。

[1]王辛,陈沛霖.正交试验法在表冷器试验中的应用[J].暖通空调, 1999,(4):78-81

[2]薛殿华,张勇涛.关于表冷器热工计算原理的探讨[J].制冷学报, 1983,(2):43-52

[3]王辛.表冷器试验及计算等问题的探讨[D].上海:同济大学, 1991

A Ne w The rm ote c hnic a l Ca lc ula tion Me thod on Wa te r-c oole d Surfa c e Coole r

ZHANG Jian-lin1,DENG Xiao-long2
1 Jiangyin Jingya Group Co.,Ltd.
2 Jiangsu College of Information Technology

Based on large amount of test data,combined with the relevant papers,a new thermotechnical calculation method on surface cooler is presented.The method is based on the formula with a good linear correlation of heat transfer coefficient and wet coefficient,and derivate and calculate by assuming the water flow speed.The experiments verify its high precision.

surface cooler,experimental formula,thermotechnical calculation

1003-0344（2015）02-062-3

2013-11-13

张建林（1970～），男，本科，高工；江阴市顾山镇解放村兴园路25号（214414）；E-mail:zhang005297@163.com

江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人基金（10072020009）