本申请属于制冷设备技术领域，特别是涉及一种微通道换热器相变传热计算系统及方法。现有技术通过热电偶分别测试单个温度点，会造成换热器的优化设计无法发挥最大潜力。本申请提供了一种微通道换热器相变传热计算系统，包括依次连接的红外成像仪、红外温度提取单元、相变传热计算单元和局部相变传热系数输出单元；所述红外成像仪对处于工作状态的微通道换热器表面温度进行实时拍摄，获得红外热图，所述红外温度提取单元实时提取红外热图的温度分布，输入至所述相变传热计算单元中，实时获取局部相变传热系数的变化后输出。实时监测处于工作状态下真实微通道换热器内局部相变传热系数变化，精准指导换热器的优化设计，使得制冷系统的能效提升。
1、微通道换热器因其换热性能高、结构紧凑和成本低的优势，广泛应用于制冷系统中。当其作为蒸发器时，两相制冷剂经集管分配至微通道扁管中，在扁管内被外界高温流体加热后沸腾。当其作为冷凝器时，微通道扁管内的气相制冷剂放出热量后冷凝。两相制冷剂的沸腾或冷凝传热效率影响影响微通道换热器的整体性能，明确局部相变传热特性有助于换热器的优化设计和实现制冷系统的能效提升。
2、由于应用场景和通道尺寸小的限制，现有研究未能反映真实的微通道换热器内局部相变传热特性。现有文献中李厚培等搭建了一种新型实验装置，研究了单根扁管内两相制冷剂r22，r1233zd(e)和r1336mzz(z)等的蒸发传热特性。该装置将单个扁管分为6个单元，每个单元被高温水加热，其中保证了每个单元水温变化相同(热流密度相同)，通过6个干度下对应的蒸发传热系数。申请号cn 207114462 u专利公开了一种微通道换热器的实验测试平台，该实验设置了一排测温孔，通过有限个热电偶测量微通道表面的温度，得到有限点的蒸发传热系数。申请号cn 108828006 b公开了一种可视化通道换热器流动与相变传热实验测试平台，该实验通过封装加热体为微通道提供了恒定热流密度。
3、由以上可得，(1)现有实验研究基于单根扁管，且将单根扁管打断为有限单元。(2)其次在每个单元内假定恒热流加热条件，通过热电偶分别测试每个单元内温度点。(3)最后计算得到有限个离散分段沿程变化的相变传热系数。
/>技术实现思路
1、1.要解决的技术问题
2、现有技术基于单根扁管，且将单根扁管打断为有限单元。这种操作一方面不能反映整个换热器多根扁管中的相变传热系数，另一方面一定程度上破坏了原有的两相制冷剂连续流动状态。现有测试是在每个单元内创造了恒热流的加热条件。这种加热条件偏离了微通道换热器在真实状态下的非均匀受热条件，导致得到偏离真实状态下的相变传热系数变化。现有技术通过热电偶分别测试单个温度点，得到的是分段沿程变化的相变传热系数。相变传热系数的分段变化不能精确反映两相制冷剂的连续相变传热特征，会造成换热器的优化设计无法发挥最大潜力的问题，本申请提供了一种微通道换热器相变传热计算系统及方法。
3、2.技术方案
4、为了达到上述的目的，本申请提供了一种微通道换热器相变传热计算系统，包括依次连接的红外成像仪、红外温度提取单元、相变传热计算单元和局部相变传热系数输出单元；所述红外成像仪对处于工作状态的微通道换热器表面温度进行实时拍摄，获得红外热图，所述红外温度提取单元实时提取红外热图的温度分布，输入至所述相变传热计算单元中，实时获取局部相变传热系数的变化后输出。
5、本申请提供的另一种实施方式为：所述相变传热计算单元包括依次连接的微元热量计算模块、扁管内传热系数沿程变化计算模块、两相区确定模块、入口干度确定模块、干度沿程变化计算模块和传热系数沿干度变化计算模块。
6、本申请提供的另一种实施方式为：所述换热器为蒸发器或者冷凝器，所述冷凝器的入口干度为1。
7、本申请提供的另一种实施方式为：所述微元热量计算模块通过空气流经微元后放出的热量与空气与扁管的对流换热量相等计算得出。
8、本申请提供的另一种实施方式为：所述扁管内传热系数沿程变化计算模块通过每个微元换热量与制冷剂相变传热量相等进行计算。
9、本申请提供的另一种实施方式为：所述两相区确定模块通过单相传热系数小于相变传热系数，通过现有的单相计算公式得到单相传热系数后，即可划分单相和两相区。
10、本申请提供的另一种实施方式为：所述入口干度确定模块的液相质量流量的分配通过每个微元热量求得，气相质量流量分配通过每个流路的总压降相等计算得到。
11、本申请提供的另一种实施方式为：所述干度沿程变化计算模块经过每根扁管内包含所有微元换热量与微通道扁管内液相制冷剂相变潜热量相等计算所得。
12、本申请提供的另一种实施方式为：根据获得的局部相变传热系数变化设计单流程/多流程微通道换热器的翅片间距或者根据获得的局部相变传热系数变化调节风机的送风速度。
13、本申请还提供一种采用所述微通道换热器相变传热计算系统进行计算的方法，所述方法包括：
14、(1)首先通过红外温度提取模块，分析提取微通道扁管表面及翅片外侧的温度分布；
15、(2)选取每两个翅片间的空气域作为一个计算微元，通过微通道扁管表面的温度分布和进风温度，求取微元的出风温度，根据出风温度求得每个微元的换热量；
16、(3)根据微元的换热量，进而由沿着制冷剂流动方向的各个微元计算得到扁管内传热系数沿程变化；
17、(4)根据沿程传热系数的大小，划分两相区和单相区；
18、(5)当其为蒸发器时，通过每根扁管内两相区内总传热量，求取每根扁管中液相质量流量，进而通过各个扁管内总压相等算法求取气相质量流量，最终得到每根扁管内气液质量流量分配，也就是入口干度；
19、(6)已知入口干度和每个微元的传热量，计算得到干度沿程变化；
20、(7)最终得到相变传热系数的沿程变化和沿干度变化。
21、3.有益效果
22、与现有技术相比，本申请提供的微通道换热器相变传热计算系统及方法的有益效果在于：
23、本申请提供的微通道换热器相变传热计算系统，为基于红外的微通道换热器相变传热计算系统，实时监测处于工作状态下真实微通道换热器内局部相变传热系数变化，精准指导换热器的优化设计，使得制冷系统的能效提升。
24、本申请提供的微通道换热器相变传热计算方法，该方法基于含有多路扁管的真实微通道换热器。其次在还原了扁管内两相制冷剂被非均匀加热(沿程变热流密度)的条件下，利用红外热成像直接实时监测微通道换热器表面温度，建立扁管外表面温度场与扁管内两相制冷剂局部相变传热系数的计算方法。最后推导得到连续沿程变化的相变传热系数。
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【技术保护点】
1.一种微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：包括依次连接的红外成像仪、红外温度提取单元、相变传热计算单元和局部相变传热系数输出单元；所述红外成像仪对处于工作状态的微通道换热器表面温度进行实时拍摄，获得红外热图，所述红外温度提取单元实时提取红外热图的温度分布，输入至所述相变传热计算单元中，实时获取局部相变传热系数的变化后输出。
2.如权利要求1所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述相变传热计算单元包括依次连接的微元热量计算模块、扁管内传热系数沿程变化计算模块、两相区确定模块、入口干度确定模块、干度沿程变化计算模块和传热系数变化计算模块。
3.如权利要求2所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述换热器为蒸发器或者冷凝器，所述冷凝器的入口干度为1。
4.如权利要求3所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述微元热量计算模块通过空气流经微元后放出的热量与空气与扁管的对流换热量相等计算得出。
5.如权利要求4所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述扁管内传热系数沿程变化计算模块通过每个微元换热量与制冷剂相变传热量相等进行计算。
6.如权利要求5所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述两相区确定模块通过单相传热系数小于相变传热系数，通过现有的单相计算公式得到单相传热系数后，即可划分单相和两相区。
7.如权利要求6所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述入口干度确定模块的液相质量流量的分配通过每个微元热量求得，气相质量流量分配通过每个流路的总压降相等计算得到。
8.如权利要求7所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述干度沿程变化计算模块经过每根扁管内包含所有微元换热量与微通道扁管内液相制冷剂相变潜热量相等计算所得。
9.如权利要求8所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：根据获得的局部相变传热系数变化设计单流程/多流程微通道换热器的翅片间距或者根据获得的局部相变传热系数变化调节风机的送风速度。
10.一种采用权利要求1～9中任一项所述微通道换热器相变传热计算系统进行计算的方法，其特征在于：所述方法包括：
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【技术特征摘要】
1.一种微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：包括依次连接的红外成像仪、红外温度提取单元、相变传热计算单元和局部相变传热系数输出单元；所述红外成像仪对处于工作状态的微通道换热器表面温度进行实时拍摄，获得红外热图，所述红外温度提取单元实时提取红外热图的温度分布，输入至所述相变传热计算单元中，实时获取局部相变传热系数的变化后输出。
2.如权利要求1所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述相变传热计算单元包括依次连接的微元热量计算模块、扁管内传热系数沿程变化计算模块、两相区确定模块、入口干度确定模块、干度沿程变化计算模块和传热系数变化计算模块。
3.如权利要求2所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述换热器为蒸发器或者冷凝器，所述冷凝器的入口干度为1。
4.如权利要求3所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述微元热量计算模块通过空气流经微元后放出的热量与空气与扁管的对流换热量相等计算得出。
5.如权利要求4所述的微通道换热器相变传热计算系统，其特征在于：所述扁管内传热...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄东，郭文华，赵日晶，孙瑜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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