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空调翅片管换热器研究进展点击：2012 日期：[ 2014-04-26 22:54:48 ] |
| 空调翅片管换热器研究进展 戴绍碧 （广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000） 摘要：本文介绍了目前国内外空调行业普遍采用的翅片管换热器的研究情况，通过对平片、波纹片、开缝及百叶窗片强化翅片管换热器的研究进展介绍，指出了目前翅片管换热器研究的不足，展望了研究方向。 关键词：析湿工况；翅片管；换热器 1·引言 能效是表征空调设备质量的重要指标，空调设备能效指标的提高，主要是从提高压缩机和换热器的性能两方面来实现。对空调设备生产厂家来说，所谓提高压缩机的性能只能是选用性价比高的压缩机，因此提高换热器的性能是提高空调设备的能效比最主要甚至惟一的途径。 影响空调换热器性能的主要因素有三个方面：（1）制冷剂在管内蒸发、冷凝过程的传热性能。（2）翅片表面换热的传热性能。（3）换热器总体结构布置和流程设计的优化。根据上面的三个影响因数，针对目前已有的内壁强化管及表面强化翅片进行合理的优化设计已经成为提高换热器的性能最佳途径，但是，其前提是找到管内及管外相对准确的换热关联式。国内外关于管内外的关联式开发已经做了许多工作，也得出了相对准确的换热关联式，但是由于铜管内壁强化及翅片形式的多样性，翅片结构参数的复杂性，管内流通工质的不同，管内外运行工况各异，使目前的换热关联式应用范围受到极大的限制。管内侧冷凝及蒸发换热系数的计算关联式还有待完善[1]，而管外侧针对干工况的研究已经比较充分，而关于析湿工况的研究还不够。 因此，本文针对翅片管换热器管外侧换热与压降在不同工况下的性能研究所取得的成果作概括性的介绍。 2·析湿工况下空气侧换热与压降特性的研究 翅片管换热器空气侧换热与压降特性的研究对改进翅片的结构形式、推出更加紧凑、节能及节材的换热器，提高换热器的换热效率，有重要的研究意义；同时对换热器流路优化、管内侧强化等其他研究提供基础。目前国内外关于翅片管换热器空气侧特性的研究主要集中在以下几个方面：（1）翅片结构参数对换热性能的影响；（2）运行工况对换热性能的影响；（3）析湿工况下翅片效率的计算方法及实验数据处理方法的研究。 当翅片表面温度低于来流空气露点温度时，翅片表面产生结露，析湿工况下翅片管换热器换热与压降特性比干工况要复杂许多，因为同时牵涉到传热与传质，且空气流型也发生很大变化，从理论研究复杂的翅片表面热质交换非常困难，因此大多是通过实验来进行。到目前为止，析湿工况的研究还是比较少，实验数据不够充分，下面将按翅片片型对国内外在这方面的研究成果进行综述。 （1）平直翅片。Wang et al[2]对平翅片管式换热器在湿工况下运行的特性进行了研究，通过对9台平片换热器样本的实验研究，发现湿工况下的摩擦因子比干工况下的摩擦因子工况下摩擦因子大60%～120%。湿工况下的换热因子和干工况相比变化不大，只是当Re<2000时，湿工况的换热因子比干工况的换热因子小，而当Re>2000时，湿工况的换热因子与干工况的换热因子相比几乎相等，当雷诺数越大时，湿工况比干工况的换热因子还要稍微偏高。并根据实验数据，开发了相应的关联式。Wang et al[3]整合以前31台平片换热器实验样本的实验数据，开发了换热器压降关联式，同时也给出了热质比拟关系关联式。 Pirompugd et al[4]介绍了一种新的湿工况实验数据处理方法，并对17台平片换热器样本的实验数据进行分析，研究发现，全湿工况下，入口相对湿度对换热系数没有影响；由于冷凝水对空气流场的扰动，翅片间距对换热性能几乎没有影响；在低雷诺数工况下，热质交换比在0.6～1.0之间，且翅片间距的影响可以忽略；但是当雷诺数很高时，由于冷凝水夹带，热质比拟关系随翅片间距的减小而稍微下降。 综上所述，关于平片湿工况研究的问题主要集中在干、湿翅片效率，翅片间距对传热、传质的影响，入口相对湿度对换热器换热性能的影响，热质比拟关系在平直翅片管的特点等。 （2）波纹翅片。目前，国内外学者关于波纹翅片管换热器在析湿工况下的研究还很少，国外在这方面的研究主要有Wang et al[5]对18台波纹翅片管换热器进行了实验研究，侧重于几何尺寸对换热器性能的影响，Pirompugd etal[6]整理了Wang et al [5]的实验数据，研究了热质比拟关系，得出在该实验工况下热质比拟值为0.6～1.1的结论，国内在这方面的研究主要有李娬 [7]对6台2～3排的正弦波纹管换热器进行了研究，研究表明析湿条件下的换热性能是干工况时的2.9～2.8倍，阻力系数是2.25～1.9倍，马小魁等[8]对2～3排翅片间距1.2～1.8mm、管径为7.21与9.74带亲水层的波纹翅片管换热器进行了实验研究，并得出相应的关联式，分析了亲水层对换热器换热与压降特性的影响。对1排管与翅片间距大于1.8mm的人字型波纹翅片管换热器在析湿工况下的特能还没文献记载，因此有必要对国内空调厂家生产的典型波纹翅片管换热器进行更多实验研究以收集更多有用的数据，以利于对换热器进行准确的优化设计。 （3）条缝及百叶窗纹翅片管换热器。相对于干工况，湿工况下条缝与百页窗翅片管换热热器的传热与压降特性研究比较少，且主要集中在开缝倾角、翅片间距、管排数等结构参数及进口湿度等运行工况对外侧性能的影响。C.C.Wang[9]等对3种类型的条缝型翅片管式换热器进行了湿工况的实验研究。对于具有较小百叶窗角的翅片类型，实验结果显示，换热因子受翅片间距的影响很小，这种现象同干工况不同，这是因为冷凝水的存在可能会忽略百叶窗角的影响；但对于具有较小翅片间距的翅片——当翅片间距为1.81mm、管排数为1时，其换热因子比其它结构的换热因子小10%-20%；管排数对摩擦因子的影响可忽略。马小魁[10]对7个带亲水层条缝型翅片管换热器在析湿工况下空气侧传热传质特性进行了实验研究，结果表明，随着翅片间距的增加，空气侧的传热传质特性均逐渐减弱。入口相对湿度对空气侧的传热特性几乎没有影响。随着入口相对湿度的增加，空气侧的传质特性逐渐减弱。 Wang et al[11]通过对10台Pt=25.4、Pl=19～22、Fp=1.2～2.5及开缝角度24.4～28.2度的百页窗翅片管换热器进行了实验研究，结果表明：阻力因子随翅片间距的减小而减小；入口工况对阻力特性的影响与换热器的结构形式有关；入口相对湿度对换热系数的影响不显著。 Kim et al[12]对干、湿工况下空气来流的倾角(-60<θ<60)与换热器进行研究，研究表明：传热特性与倾斜角几乎没有关系，但当θ>0时，重力对冷凝水珠的排泄起重要影响，而气流向上，此时换热器的压降增大7%～16%。 3·目前研究的不足 从上面的文献综述可以看到，国内外对各种强化翅片关于析湿工况的研究还不充分，实验数据很匮乏，而且实验结果相互矛盾，因而实验关联式的适用范围狭窄，还需要更多的实验数据校准换热与压降关联式；在析湿工况下，传质系数一直使用刘易斯关系进行计算，而根据有关文献[8]的研究结果看，直接使用Le=1计算传质系数hm，会带来很大的误差，因此有必要对热质比拟关系进行研究。当进水温度升高或者入口相对湿度降低时，换热器会部分或全部处于部分湿工况下运行，直接把部分湿工况当全湿工况处理，会产生较大的误差[13]，关于翅片管换热器运行于部分湿工况下的空气侧特性研究还很少[14]，因此有必要对部分湿工况进行试验研究。 4·后续研究建议 （1）实验研究换热器的几何参数不连续，应加大实验投入，尽量获取完善的实验数据。 （2）析湿工况下翅片管换热器换热、压降及传质特性研究不够，应加强该方向的研究。 （3）由于翅片管换热器的翅片形式及结构参数的多样性，且实验范围比较狭窄，目前还没有形成大家公认的实验关联式，因此应加强此方向的研究。 （4）关于不同翅片强化传热机理的研究还比较少，该方面的理论研究应该加紧展开。 参考文献：略 |
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