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空调箱数字化设计与模型分析

作　者: 邱峰
导　师: 谷波
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 空调箱翅片管换热器箱体建模仿真
分类号: TU831.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前,由于不同的建筑对空气处理状态的要求各异,如果仅仅设计一款固定搭配的空调箱来完成所有的处理过程,是不合理不节能的。所以,开发出一种具有组合性质的空气处理系统,使其可以根据不同的使用要求,选择合适的设备、合理的组合方式处理空气,这将是十分必要的。更重要的是,在面对组合式系统的设计工作时,需要处理多设备、变工况变结构仿真过程。如果仅仅通过手动计算与实验分析,时间与效果都达不到市场的要求。建立数字化平台完成上述工作,可以利用计算机技术,结合各部件的传热传质特性,快速实现部件设计、性能仿真分析等过程,此方法也成为提高开发效率的必要解决手段。本文基于数字化平台开发要求,进行了以下几个方面的工作:第一,分析三种空气侧换热公式:戈果林、扰流管束、J因子(Webb&Gary)。对各换热公式的影响因素、结构特点以及变化单调性进行分析,并通过实验验证了各公式的计算误差。戈果林公式由于自身形式的非单调性,不能应用于大风量、多排数换热器的计算。扰流管束与J因子公式单调,可以用于计算机仿真模型。J因子公式计算误差最小。第二,完成空调箱表冷器的模型设计与仿真分析。建立算法,完成表冷器模型设计计算;在计算机仿真分析方面,建立了三种模型:集总参数模型、分布参数模型、分排集总参数模型。针对不同的模型,完成算法设计与仿真程序开发,可以实现部件变工况变结构分析。通过搭建的焓差法实验台测量数据,证明三种仿真模型能够较好的模拟换热性能。其中,分排集总参数模型误差最小,各出口参数平均误差不超过7%。第三,空调箱其他部件模型建立与选型原则确定。空调箱还有其他多种功能模块可供选择。针对喷水室与混合段,建立数学模型完成设计过程。对于过滤器、消声段、风机段等,给出选型依据。第四,空调箱箱体结露情况模型分析。箱体作为重要的隔热部分,结露问题一直受到关注。建立箱体内、外壁面温度模型,以此快速与空气露点温度比较判断是否有结露的可能。同时,对影响结露的四个主要方面:箱体壁厚、材料导热系数、内部空气流速、内外空气温差进行了充分的论证,提出不结露的设计原则。第五,开发空调箱数字化设计软件。以各部件数字化模型为底层计算依据,开发界面友好、计算速度快、便于操作的软件系统。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
符号表  11-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题的背景及意义  12-13
  1.2 研究现状及文献综述  13-16
    1.2.1 组合式空调箱系统研究  14-15
    1.2.2 构成箱体的部件研究  15-16
  1.3 本文主要工作  16-18
第二章空调箱空气传热基础分析  18-38
  2.1 湿空气物性的模型分析  18-22
    2.1.1 湿空气基本物性参数计算模型  18-20
    2.1.2 饱和水蒸气t-p公式  20
    2.1.3 湿空气物性的迭代计算模型  20-22
  2.2 湿空气处理过程计算模型  22-26
    2.2.1 换热器管外壁温度的确定  22-24
    2.2.2 湿空气处理过程斜率判断  24-26
  2.3 空气换热系数确定  26-37
    2.4.1 戈果林换热公式  27-32
    2.4.2 扰流管束换热公式  32-33
    2.4.3 J因子修正公式  33-34
    2.4.4 实验分析三种空气换热公式  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章空调箱各功能段模型分析  38-75
  3.1 空调箱表冷器模型  38-70
    3.1.1 表冷器建模理论基础  40-43
    3.1.2 空调箱表冷器设计计算模型  43-47
    3.1.3 空调箱表冷器仿真计算模型  47-62
    3.1.4 空调箱表冷器仿真结果的实验验证  62-70
  3.2 空调箱其他部件模型建立  70-74
    3.2.1 喷水室模型建立  71-73
    3.2.2 混合段模型建立  73
    3.2.3 其他功能段选型原则  73-74
  3.3 本章小结  74-75
第四章空调箱箱体模型分析  75-90
  4.1 建立箱体模型  75-83
    4.1.1 确定内壁面对流换热系数h1  76-77
    4.1.2 确定外壁面对流换热系数h2  77-78
    4.1.3 箱体内、外壁面温度模型  78-83
  4.2 影响箱体模型各因素分析（结露分析）  83-88
    4.2.1 箱体厚度δ的影响  83-84
    4.2.2 箱体材料导热系数λ的影响  84-85
    4.2.3 箱体内部空气流速的影响  85-87
    4.2.4 箱体内、外空气温度的影响  87-88
  4.3 箱体模型计算机程序模块开发  88-89
  4.4 本章小结  89-90
第五章空调箱数字化平台开发  90-97
  5.1 空调箱数字化平台结构  90-91
  5.2 空调箱软件使用及演示  91-96
  5.3 本章小结  96-97
第六章结论与展望  97-99
  6.1 结论  97-98
  6.2 研究展望  98-99
参考文献  99-102
致谢  102-103
攻读硕士期间发表的论文  103-106
上海交通大学硕士学位论文答辩决议书  106

空调箱数字化设计与模型分析

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