摘要
微通道换热器相对于其他类型换热器具备结构紧凑、体积小和质量轻等优势，因其高表面积?体积比以及尺度效应换热效率较高。近年来已普遍应用在汽车空调领域，但主要作为空调系统的冷凝器使用。当作为单冷型空调的蒸发器或者冷热型空调的换热器使用时，不可避免的会遇到换热器表面空气结露现象，而结露会进一步影响换热器换热性能。本文通过实验方法和数值模拟方法研究微通道换热器的表面排水特性及换热性能，试确定强化微通道换热器换热效果的最佳风速大小和最佳倾角。 本文通过实验研究，得出如下结论： （1）在入口空气温度为30℃时，出口空气温度、凝水生成速率、换热量和空气侧换热系数随相对湿度的增加而有不同程度地增加，相对湿度每增加10%，出口的空气温度平均上升1.1℃，凝水生成速率平均增加0.4g/s，换热量平均增加8.5%，而空气侧换热系数平均增加2.3%。湿度增加，结露量增加，一定程度上增加了换热量和空气侧换热系数。入口空气温度为33℃时，相对湿度由60%增加至70%，换热量和空气侧换热系数反而有所下降，因换热器表面聚集了大量凝水，极大增加了空气侧流通阻力和热阻，说明结露量的持续增加开始不利于换热量和换热系数的提高。 （2）出口空气温度、压降、凝水生成速率、凝水排除速率、换热量和空气侧换热系数均随风速的提高而增加，风速每提高0.5m/s，出口空气温度平均增加1.2℃，压降平均增加32Pa，凝水生成速率平均增加0.28g/s，凝水排除速率平均增加0.49g/s，换热量平均增加1.4kW，换热系数平均增加9.4W/(m2·k)。当风速由2.5m/s增加至3.0m/s时，换热量和换热系数开始有所减少，风速2.5m/s时空气侧换热效果最佳。 （3）换热器倾角增加，出口空气温度和压降随之降低，主要原因在于倾角增加，风速不变，当量风量减少，单位质量空气换热更加充分。倾角由10°增至20°时，凝水生成速率减少0.1g/s，凝水排除速率增加0.36g/s，因此表面凝水聚集量有所减少。空气侧换热系数和换热量增幅分别约为4.9%和1%。倾角增加一定程度上减少了表面凝水聚集量，强化了空气侧换热效果。倾角由10°增至20°时，换热量虽增幅1%，但对于试验系统来说可处理的风量减少了5%。因此三组实验工况分析对比得出，倾角10°时空气侧换热效果最好。 本文通过模拟研究，得出如下结论： （1）空气向前流动，流经翅片倾斜角时，空气扰动最强，沿流动方向空气压降逐步增加；在扁管与翅片连接的地方空气温度最低，沿流动方向，温度逐渐降低，变化梯度越来越小；沿流动方向液体体积分数逐渐增加，结露程度沿流动方向加强。模型前半段湿空气以显热换热过程为主，后半段以潜热换热为主。 （2）出口空气温度和压降随风速的提高而增加，风速每提高0.5℃，空气出口温度平均增加0.95℃，空气侧压降平均增加27.8Pa。风速提高后，发生结露的位置提前。凝水生成速率和空气侧换热系数均随风速的增加而增加，风速每提高0.5m/s，空气侧换热系数平均增加12W/(m2·K)，风速提高，优化了换热器外表面温度分布的均匀性。 （3）出口空气温度和压降均随倾角的增加而有所降低，风速大小一定，当换热器倾角增加，则当量风量减少，使得单位质量空气的有效换热面积增加，显热换热更加充分，出口空气温度有所降低。倾角每增加10°，空气侧压降平均降低6.4Pa，出口空气温度平均降低0.3℃。，空气侧换热系数平均增加4.512W/(m2·K)。 本文通过实验和模拟方法研究了不同工况下微通道换热器的表面排水特性及换热性能变化规律，将模拟结果与实验结果对比后发现，两者的出口空气温度、压降、凝水生成速率，空气侧换热系数等参数随风速大小或换热器倾角的变化趋势基本一致，且两者之间误差均控制在15%以内。由此得出的结论具有一定的科研价值，希望能为解决微通道换热器表面凝水排除问题提供参考和意见，从而推广其在家用空调领域的使用。
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