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新型开窗翅片板翅换热器热工性能试验

点击:2173 日期:[ 2014-04-26 22:22:00 ]
                      新型开窗翅片板翅换热器热工性能试验                 董军启, 陈江平, 陈芝久           (上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200240)   摘 要:对9种不同结构参数的新型开窗翅片进行传热和流动阻力性能试验.在此基础上,给出传热因子和摩擦因子随雷诺数的变化曲线,并比较翅片间距和翅片长度等结构参数对其表面换热和阻力性能的影响.同时,利用单位传热面积泵功率和面积优化因子分析比较各翅片的综合强化传热效果.试验结果表明,新型开窗翅片的翅片间距对表面传热因子和阻力性能影响较为显著.   关键词:开窗翅片;强化传热;泵功率中图分类号:TK124   文献标识码:A   板翅换热器因其高效紧凑等特点,自20世纪30年代出现以来已经在汽车、航空和制冷等领域获得了广泛的应用.随着汽车向大功率、舒适性等方向发展以及环保法规日益严格,迫切要求汽车的各种散热元件向小型化、轻量化方向发展.因此,各种形式的高效翅片换热器得以在汽车工业上获得应用,它们包括平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片和百叶窗翅片等.由于自身结构和加工工艺的复杂性,各种高效翅片的热工性能一直受到业界广泛关注[1 5].从强化传热的观点看,目前百叶窗翅片和锯齿翅片被认为强化传热效果最好[6,7],但都存在一定的缺陷,如:百叶窗翅片在强化传热的同时也导致空气侧压力降的急剧增大,并且其制作刀具为维持一定的开窗角度需要巨大的维护费用;锯齿翅片采用切削挤压成型工艺,其生产效率低下[8],同时锯齿翅片在一定工况和特定错齿间距下会产生较大的噪声[2].因此,针对不同的应用场合,不断有一些新型翅片得以开发,但由于各换热器生产厂家将其视为商业机密,相关的数据报道并不多见.     本文利用风洞试验台对一种新型开窗翅片进行表面传热和空气阻力性能试验,该翅片在外形结构上具有锯齿翅片和百叶窗翅片的特点,但又有明显差异.目前,该新型开窗翅片已经在大功率发动机车用增压冷器上获得应用.本文的研究旨在为换热器设计人员提供有益的设计参考资料,并丰富现有高效翅片的热工性能试验数据库.     试验装置和测量方法     1.1 试验装置试验在一个开式风洞试验台上进行,风量调节由变频风机实现,风量测量由标准喷嘴组合完成.详细的试验装置参考文献[9].     1.2 翅片几何结构试验的样件为新型开窗翅片与铝制扁管通过钎焊而成的换热器.翅片的几何结构参数见图1.         图中,s、b1、b2、t和l分别为翅片间距、翅片高度、开窗高度、翅片厚度和翅片长度.受翅片加工模具的限制,本文共研究9种新型开窗翅片,其详细结构参数如表1所示.整个试件的尺寸为205mm×250mm.为确保试件的制作质量,所有开窗翅片在装夹和焊接前进行检验.          1.3 试验测量     试验数据的采集是在工况稳定后进行的,每次工况稳定时间约15min.热平衡偏差在3%以内.其详细的数据测量和试验过程参见文献[9].     1.4 试验数据的整理     根据试验数据,可获得翅片表面的传热性能和阻力性能.本文采用无量纲的传热因子j和摩擦因子f表示翅片的热工性能.其详细的数据处理方法见文献[9].该新型开窗翅片的雷诺数计算公式为Re=vmDeυ(1)式中,De、υ和vm分别为开窗翅片切口水力直径、空气的运动粘度和翅片间空气最大流速,定性温度取进出口空气的平均温度.根据测量仪表的精度和试件的几何公差,在整个试验范围内,翅片表面j和f的最大不确定度分别为9.6%和8.4%[10].
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