换热器的国内研究现状

  换热器的国内研究现状

             近年以来由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换热器的研究，地下工程空间有限，高效率的换热器能节约地下工程的使用空间和能源。
   
         换热设备按照其功能可命名，如冷凝器、蒸发器、再热器、过热器等，按换热部件的特点可分为：管壳式换热器、翅片管式换热器、板式换热器（包括板片式换热器和板翅式换热器）。对于各型换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面，而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管（板）排列方式（顺排或叉排）、换热管（板）排数、换热管（板）间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括：数值模拟计算、实验方法研究、理论研究三类。
 
      换热备的数值模拟计算
     1计算机优化设计
    借助于计算机模拟运算的优势，在应用给定换热器结构材料下，对换热器进行优化设计。采用稳态分布参数法，对冷凝器和蒸发器使用时回路的最佳长度进行了计算机模拟。董玉军等对已有的板式蒸发器内蒸发换热关联式和摩擦压降关联式进行了总结，并采用分布参数法对波纹型多通道单流程板式蒸发器在小换热温差时的换热性能进行模拟分析；在以压降为约束条件下，采用分布参数法对湿工况下冷却空气型干式蒸发器盘管进行了数值模拟以达到盘管换热性能最优化换热效果。席战利用分布参数法对管翅式蒸发器建立了数学模型，并对公开文献已有的换热系数和摩擦压降的关联式进行了总结。采取分布参数法分别对船舶冷库蒸发器和房间空调蒸发器建立各自的稳态数学模型，并使用MATLAB语言编程计算。建立管翅式换热器传热过程的物理模型利用计算流体力学(CFD)软件进行模拟，随后建立试验台对模型进行验证。
 
   2设计参数对换热器性能影响的模拟
    在换热器的设计中，换热管排数和布置方式、换热管形状、肋片外型以及间距等对换热器性能的影响不可忽视。黄兴华 运用计算机模拟了不同管型、不同流程布置对满液式蒸发器性能的影响。多元平行流蒸发器建立数学仿真模型，对影响蒸发器性能的各参数进行了研究。湿球温度效率法对蒸发器进行了模拟，并分析了流程布置形式对换热器性能的影响。用SIMPLE算法对开缝肋片表面的传热及流动阻力特性进行了数值模拟；金巍巍 对在开缝翅片管翅式换热器的X型开缝规律与转折Re点的变化进行三维层流数值模拟。秦保军和朱春玲 对肋片管换热器管外三维流动与传热情况进行了数值模拟。
            
        对不同通道构型的薄膜式全热换热器的性能进行了数值计算分析和比较，所建物理模型图示如图1。任效明等借助CFD软件中的κ-εRNG模型，计算了百叶窗翅片空气侧不同流速下的换热和压降，理出换热和摩擦因子，与相关文献中的实验数据进行了比较分析。郝亮等采用分布参数法，所示的层叠式蒸发器建模，分析中间隔板深度以及流程设置对其传热和压降特性的影响。靳世文等应用数值模拟方法研究了风量变化对管翅式蒸发器换热性能的影响；对R134a单元机的蒸发器的仿真在使用改进的Kattan模型下，计算了管内不同干度区域的局部沸腾换热系数，通过隐式三次多项式拟合模型计算制冷工质的物性参数。建立单周期三维模型对螺旋肋片换热器内流场和温度场进行模拟，并分析了影响换热性能的因素。对单流路双排管蒸发器性能的数值模拟结果得出了风速分布形状对传热性能影响的规律。用控制容积法对翅片管管片式换热器的肋效率进行了数值计算，分析了换热管间距、肋片厚度、导热系数等因素对肋效率的影响。
            
    3结霜现象对换热器性能影响的研究
    针对平肋肋片管式换热器的结霜过程建立了数学模型。通过计算机模拟与实验结果比较对风冷热泵室外侧蒸发器结霜特性影响进行分析。用FLUENT建立管翅换热器结霜模型，对结霜的传热传质过程和霜层的增长进行了模拟。建立了分布参数仿真模型，对冰箱冷冻室蒸发器结霜进行了数值模拟和试验。
    4实验研究
    为了能更深入反映换热器的实际运行性能，使换热器的实验研究工作得以全面展开。压缩空气在人字形波纹板式换热器传热与流阻性能进行了实验研究。用局部模拟试验法在对针形翅管束进行纵向冲刷特性试验，得出了针形翅管束的平均Nu数和阻力数的计算关联式。陈育平在文献中对不同结构尺寸针状肋片的实物模型进行试验研究，得出了相应的传热及阻力特性的实验准则关系式。
    研究了纵向翅片管换热器翅片侧的传热特性和阻力特性。新型三维外肋管叉排管束的换热及流动特性和自然对流换热特性进行优化实验，得出了实验条件下的换热及阻力变化的准则关联式。利用显微摄影法对室外侧换热器的结霜过程进行动态跟踪，测定了不同制热工况下平直翅片的表面霜层厚度。
    5理论研究
    对换热机理的理论研究能为换热装置性能强化提供有力的支持依据。肋片传热面最佳肋片厚度的存在，并推导了最佳肋片厚度的理论关系式；板式换热器中圆柱肋片的传热效率进行分析，在考虑单位质量材耗的换热能力最大时，分析研究了不同Re数下肋片长度、直径及板厚之间的关系几种不同形状的梯形肋片管为研究对象，从理论上求解了肋片的实际温度分布；无量纲品质因数，对空气入口侧肋片形状对散热器换热性能和流动阻力的影响进行综合评价；水蒸汽的混合气体垂直外掠水平圆管的冷凝换热问题进行了理论研究。