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波纹翅片管式换热器空气侧传热与阻力性能点击：1959 日期：[ 2014-04-26 21:57:59 ] |
| 波纹翅片管式换热器空气侧传热与阻力性能 高飞.1 陈莹.1 左建国.2 李维仲.2 （1.三洋电机(中国)有限公司大连分公司,大连116023；2.大连理工大学,大连116023） 摘要：建立了翅片管式换热器空气侧性能评价试验装置，通过试验对采用波纹翅片的1-5列换热器在迎面风速为0.2-8m/s的范围内的传热与阻力性能进行了分析，考察了列数对其性能的影响。通过对于实验结果的无量纲化，整理出关于波纹翅片管式换热器在干空气条件下的空气侧换热与阻力特性的试验关联式，并且关联式的各项系数只与换热器的列数有关。可为翅片管式换热器的设计计算提供参考。 关键词：波纹翅片换热器传热关联式 0 前言 近年来，在暖通空调领域中改善能源利用率已成为重要课题，翅片管式换热器在这些领域中有着广泛的应用。在换热器的设计过程中，空气侧的传热与阻力特性通常是采用试验拟合公式进行计算。目前所见的试验拟合式大多数都非常复杂，适用的换热器的尺寸范围也很大[1-10]。在实际的生产制造过程中，每个公司所能生产的翅片管换热器的种类有限，尺寸有所不同，因此在设计时，使用这一类通用的拟合公式进行计算，其结果会存在很大的偏差。并且，各拟合公式通常都是在常用的风量范围内进行试验来获得。因此，换热器的在较小的迎面风速范围内的特性曲线与更大的迎面风速范围内的特性曲线会有所差别。为了评价在较大的迎面风速范围内（0.2-8m/s）的翅片管式换热器的性能，采用温水空气试验装置，对波纹翅片管式换热器的传热和阻力特性进行评价。 1.被试换热器与试验装置 1.1被试换热器 在本试验中，翅片管式换热器为单流程正三角式排列。换热器主要规格见表1。 1.2试验装置 试验装置如图1所示，包括空气系统和水系统两部分，可直接测量换热器空气的干湿球温度、相对湿度、压差，以及水的温度、流量和压差。试验装置部分部件设计以及计算公式参照国家标准《GB/T 19232-2003》。 1.2.1空气系统 为了获得更大的迎面风速，试验装置的空气系统用大小两个风洞组成，采用变频调节的引风机强迫空气流过换热器、风室和喷嘴，通过单个或喷嘴的组合来产生一定的风量。 被试换热器的空气进口干湿球温度是由空气取样装置测得，大风洞的空气出口干湿球温度是由取样装置测得，在小风洞内通过温度传感器和相对湿度传感器测量干球温度和相对湿度。换热器的空气出口处安装有混合装置，使进入测定室的空气充分混合。换热器出口和喷嘴的前后分别设有三个静压测定点，每个测点通过四个不同方向上的静压测定孔取压，混合后通过差压变送器来测量出风静压以及喷嘴前后的压差。由出风静压可知换热器空气侧的压力损失；由喷嘴前后压差以及喷嘴处的空气温湿度可以计算出通过喷嘴的空气的体积流量，从而可以得到流过换热器的风量和迎面风速。通过变频器调节控制引风机的转速，可实现不同的稳定的风量。 1.2.2水系统 水系统主要由恒温水箱、循环水泵、流量控制装置和温度、压差测量装置组成，系统采用闭式循环的方式为被试换热器提供稳定流量和温度的水。各分管路的流量通过手动截止阀，调节进出换热器的水的压差可实现各分管路内水的流量相等。水系统采用热电阻传感器测量总的进出水温度以及各分管路出水温度。 1.2.3仪器设备 试验采用热电阻传感器测量温度，空气静压和水的压差是采用差压变送器进行测量。所有的传感器信号包括流量、温度、压力等通过数据采集器的RS232接口与计算机进行通讯。使用测试软件可以把所有采集的数据以及部分计算结果整理成Access格式的文件保存。软件用C++语言开发，可进行试验参数的设定以及试验数据的采集和计算，并可以显示室用参数的变化曲线，便于观察试验进程。设定每6秒钟扫描并采集一次数据，在人工选取的生成数据文件的时间区间内，取算数平均值作为最终的结果。表2为各测量设备的规格。 2.试验方法与数据处理 2.1试验方法 试验分为压力损失和传热性能两个部分，换热器的流动布置为单流程叉流的形式。压力损失试验在常温下进行，在管内无水循环的条件下，测量换热器出口空气与进口空气（大气压力）的压差，即为换热器空气侧的压力损失。考察压力损失随风量的变化情况。 传热性能的试验是将管内水的总流量以及进口温度恒定，并通过各管出口处的阀门调节各列管内进出水的压差相同，从而保证各列管内水的流速相等。换热器进口的空气不经过任何处理，进口空气温度与试验室内空气的当时温度相同。试验在不同风量的条件下换热器的阻力与传热性能。表3为试验条件。 2.2试验数据的无量纲化 2.2.1压力损失 3.试验结果分析 3.1压力损失 为了分析换热器空气侧的压力损失特性，引入无量纲数x+，得到系数只与列数有关的f*Re与x+之间的关系式，见公式(3)。图2表示了两者之间随列数的变化趋势。拟合关系式中的系数a、b的值的曲线见图3，在数据拟合的过程中，设定b的值为29，在得出的关系式中，判定系数R2的值在0.98以上。并且从图4中可以看出，试验结果与计算结果之间的偏差主要分布在±15%以内。 3.2传热 为了分析空气侧的传热特性，引入无量纲数x*，得到系数与列数相关的Nu数与x*之间的关联式，见公式(6)。图5表示了不同列数换热器的Nu数随x*的变化关系。从图中可以看出，当x*较小时（约x*<=0.3）时，在相同的x*的条件下，随着列数的增加，Nu数逐渐增大；而x*相对较大时，列数的影响并不明显。关系式中的系数c、d与列数的关系曲线如图6所示，在拟合过程中，判定系数R2的值在0.98以上。从图7中可以看出，试验结果与计算结果之间的偏差主要分布在±15%以内，特别在较大的迎面风速范围内（约1.6-8m/s），拟合公式的计算值与试验值更为接近。 4.总结 本文对正三角排列的1-5列波纹翅片换热器在0.2-8m/s的迎面风速的范围内的空气阻力与传热特性进行了试验分析。获得空气侧传热与阻力特性的关联式，关联式中的各项的系数只与换热器的管列数有关。从结果可以看出，在0.2-8m/s的迎面风速范围内，波纹翅片换热器的性能可以用以上形式的关联式来进行拟合，并且关联式中的系数与管列数的关系除1列换热器外都呈线性分布，在实际的翅片管式换热器的设计过程中，采用f*Re与x+以及Nu与x*的试验整理式计算空气侧的传热系数与压降，可以大大简化计算过程，缩短计算时间，提高效率。 参考文献：略 |
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