空气冷却器热工性能校核计算准确性分析研究高炉

空气冷却器热工性能校核计算准确性分析研究

空气冷却器热工性能校核计算准确性分析研究 2011年12月04日 来源： 摘要 表面冷却器的计算方法，关系到空调生产企业在采用表冷器时选择的正确性，从而直接影响生产企业的成本和国家有色金属耗量及能源的节省，通过本题的研究，提出一种计算方法，该方法在热交换效率法的基础上，通过提高传热系数，接触系数的计算精度，增加判断选择，克服原有方法干工况无法计算，湿工况计算偏差大的缺陷，实现依据国标GB10223-88《空气冷却器与空气加热器性能试验》进行表冷器试验，冷量试验结果与提出的计算结果进行比较，冷量结果偏差＜5%的目标。关键词：表冷器 校核计算 准确一、概述表面空气冷却器的计算方法，曾经是80年代我国空调设计的热门课题之一。进入90年代后，该课题已很少有人问津，普遍认为课题已趋成熟；与之相对应的情况是：我国空调工业进入90年代后高速发展，国内空调系统末端生产企业一直为如何准确计算表面空气冷却器的换热性能而大伤脑筋，因为现有的计算方法，对表面空气冷却器进行计算时，冷量计算误差大于10%，甚至有的超过30%，部分状态点，还无法计算，为安全起见，生产企业不得不增大配置的表面空气冷却器的面积，结果，使生产成本提高，浪费了国家的有色金属材料和能源。（一）国内外情况分析由于表面空气冷却器（以下简称表冷器）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，先后提出的计算方法已不下几十种之多，这些方法各具特色。国内从70年代末期，开始进行表冷器热工计算方法研究，提出了热交换效率法（也称干球温度效率法），湿球温度效率法，干球温度-析湿系数法，图解法，焓效率法，线性方程组求解法，当量温差法，传热单元数法等。目前国内外空调设计手册和教科书中所采用的表冷器计算方法有两类：设计型和校核型，对不同的方法计算结果分析表明，已有的计算方法不能达到当对表面空气冷却器进行实验时，计算的冷量与实测的冷量结果误差小于5%。（二）问题的提出从上面介绍可以看出，用目前国内外空调设计手册和教科书中采用的几种主要的表冷器热工计算方法进行计算时各有利弊，虽然依据表冷器试验结果进行的分析表明，热交换效率法是目前阶段较理想的一种计算方法，但该方法在进行冷量校核计算时，依然不能较全面和准确计算表冷器的冷量。如干工况无法计算，部分湿工况误差较大。在现阶段，由于表冷器的数值计算方法尚未达到实用化的阶段，表冷器的热工校核计算方法仍然需要建立在准确的试验数据的一致性，另外，由于计算工具的进步，为准确计算起见，已没有必要为了避免试算，而采取这样或那样的近似措施。因此，在目前提出一种建立在能反映表面冷却器换热过程的数学模型，以电子计算机编程为计算手段的，能够在表冷器测试范围内较全面而准确计算冷量的计算方法，是非常有现实意义和实用价值。在国标10223-88《空气冷却器与空气加热器性能试验方法》中规定，以空气侧的测定值计算的冷量与以水侧测定值计算的冷量，两种方法计算得出的换热量偏差不超过5%时，试验数据即为有效，由于依据标准乾地试验时、冷量偏差的最大值≤5%，因此，本课题将建立在试验基础上，提出的校核计算方法的冷量计算偏差目标定为≤5%。二、冷量校核计算课题提出的计算方法是建立在试验公式的基础上，因此，只有在完善和提高原方法计算用试验公式的基础上，才能得到准确的冷量校核计算结果。本文用国家空调设备质检中心和同济大学试验台分别测试的四台不同表冷器数据做为本课题提出方法的检验依据，介绍了接触系数数学模拟、传热系数数学模拟计算方法的改进过程，并与原有方法做了比较。在此基础上，提出准确校核计算表面冷却器冷器的方法，并通过试验数据进行验证。（一）传热系数1.传热系数数学模拟的完善2.传热系数K值公式的拟合3.计算结果比较用新的K值数学模型和计算方法计算的传热系数值与原报告计算公式计算结果比较见表2。K值计算结果比较表

从表2可以看出，通过改善原有传热系数公式模型，四台表冷器至少有58.3%以上的K值数据计算精度高于原有的公式模型，说明了改善模型的必要性。（二）接触系数接触系数计算的准确性，是影响表冷器冷量校核计算结果的重要因素。1.接触系数公式　2.接触系数值公式的拟合接触系数ε值数学模型和计算方法计算的ε值与用原报告计算公式计算结果比较见表3。ε值计算结果比较表 表3

从表3可以看出：1.干工况条件下，用新的接触系数数学模型计算的结果100%优于用原报告公式计算的数据结果。2.湿工况条件下，用新的接触系数数学模型计算结果，在四台样机中，40%以上结果优于用原报告公式计算结果。(三）冷量校核计算方法1.校核计算方法热交换效率法是目前校核计算中较理想的方法。本文提出的方法，是在热交换效率法的基础上，通过提高传热系数，接触系数的计算精度。增加判断选择，克服原有方法干工况无法计算，湿工况计算偏差大的缺陷，从而实现在表冷器全部试验范围内达到冷量校核计算误差＜5%的目标。新的计算方法优于其它方法方要表现在以下几点：1）新方法中，对传热系数的数学模拟提出了新的公式，增加了空气密度变化项和水速变化项、从而使新的k.值模型计算结果有58.3%～75%的数据优于原有检测报告的计算结果。2）新方法中，对接触系数的数学模拟提出了新的公式，考虑了干、温两种情况，从而使新的ε值模拟计算结果，在干工况时100%的数据结果优于原检测报告的计算结果，在湿工况时，40～75%的数据优于原有检测报告的计算结果。3）新方法中，在用程序初步试算时，增加了干、湿工况的判断，即当计算的析湿系数ξ≥1.5时，选择湿工况接触系数公式，当ξ＝1.05时，选择干工况接触系数公式，从而使校核计算范围包含干工况。4）新方法中，为使计算结果在满足冷量偏差＜5%的同时，空气出口状态也能最接近地反映试验时空气的参数，在叠代判断的依据上，选取出口干球温度计算温度偏差的绝对值为≤0.02℃，克服了原有热交换交率法中，以热交换效率的计算比较值做为叠结束的判断，容易造成冷量偏差虽小，但空气出口状态参数相差较大的问题。三、结论：1. 本课题在总结分析国内外已有表冷器计算方法的基础上，通过提高传热系数和接触系数试验公式精度，在热交换效率法的基础上，提出新的校核计算方法，在表冷器试验范围内都达到了表冷器小样实验冷量与计算冷量误差＜5%的要求。2.课题在提高试验经验公式计算精度的同时，考虑了密度的变化，对表面冷却器在由于海拔不同或进口空气参数不同导致空气密度发生变化的场合，准确计算表冷器冷量，提供了可操作的方法。

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