多流路蒸发器中非平衡绝热混合行为和过热度控制失稳机理

本项目针对多流路蒸发器中由非均匀热流密度所诱发制冷剂侧相态变化和能量迁移规律的机理以及非平衡绝热混合行为的微观特征展开研究，分析非均匀热流密度对制冷剂流型、流态及其演化的影响规律，研究高干度或微过热度区内弥散流、雾状流等典型流型的多相流动、相际作用以及热力学非平衡特征，描述其中干涸点漂移、液滴的运行轨迹和行为方式，揭示多股流中气液非平衡绝热混合行为的微观特征，尤其是混合区内液滴与壁面及过热气体的碰撞和混合换热、液滴蒸发、液滴破碎等复杂的气液两相流动、相际作用，探析制冷剂热物性参数轴向、周向分布以及瞬态演变的内在机理，获得多流路蒸发器在非均匀热流密度下内部制冷剂流型流态及其演化规律、气液非平衡绝热混合行为的微观特征，构建多流路蒸发器的基础设计理论，实现多流路蒸发器多相流动、传热和过热度控制动态特性的动态模拟和仿真，为多流路蒸发器换热量衰减和过热度控制失稳等问题的解决提供理论基础和技术支撑。

实验和数值仿真结合研究了多流路蒸发器中非平衡绝热混合行为和过热度控制失稳机理。.首先，以某品牌分体落地式KFR-72房间空调器、制冷工况下的蒸发器为对象，研究了非均匀风速分布对多流路蒸发器流动和传热性能的影响机理。实验测量了其蒸发器表面的风速非均匀分布，数值模拟了该非均匀风速以及等风量均匀风速下的蒸发器性能。结果表明：风速非均匀分布时，蒸发器制冷量比均匀分布时衰减约7.78%。原因是风速较大的中上部管排传热系数比均匀风速时小幅增大，而风速较小的下部管排传热系数大幅减小，主导下部管排换热量的衰减远大于中上部管排换热量的增加。.其次，搭建非平衡绝热混合可视化实验台，以两支路套管式蒸发器为对象，研究了非均匀水流量对过热度控制稳定性以及传热性能的影响。调节支路2下游的水流量调节阀，获得多组非均匀水流量分布；实验研究了该蒸发器相应的动态特性和制冷量变化，并数值研究了传热性能变化的影响因素。节流装置分别采用电子膨胀阀和热力膨胀阀。结果表明：采用电子膨胀阀时，随支路2水流量比率由40.7%降至11.9%，支路1出口过热度的波动幅度基本不变；支路2出口过热度的波动幅度先增后减；蒸发器出口汇聚处过热度的波动幅度先增后减，并且因汇聚后流速增大，总出口的波动幅度比支路2的要大。蒸发器总制冷量单调衰减11.26%，主导原因是水流量较小支路2的传热系数大幅衰减，导致支路2制冷量大幅衰减。采用热力膨胀阀时，支路2水流量比率由36.9%逐渐降至9.1%。当其大于21.2%时，总出口明显过热，热力膨胀阀控制稳定，蒸发器进、出口温度平稳；当其小于21.2%时，总出口过热度开始振荡，热力膨胀阀控制失稳，蒸发器进、出口温度随之振荡。总制冷量单调衰减18.4%，主导原因同样是水流量较小支路2的传热系数大幅衰减，导致支路2制冷量大幅衰减。.基于上述研究，在KFR-72空调器室内机的后背板上添加若干条导风板，以改善其表面风速的均匀性。导风板安装在与换热器中下部等高的位置，以将轴流风机吹出的空气部分导向蒸发器风速较低的底部区域。实验结果表明：添加导风板后，蒸发器底部区域的表面风速提高，低风速覆盖区域减小。导风板降低了蒸发器出口冷、热空气的混合损失，降低了室内机出风口的干/湿球温度，从而制冷量提高了3.02%。