翅片管式換熱器換熱與壓降特性的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展_實(shí)驗(yàn)研究

1、科技報(bào)道翅片管式換熱器換熱與壓降特性的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展實(shí)驗(yàn)研究劉建魏文建丁國良張春路(上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所上海200030摘要概述目前國內(nèi)外空調(diào)制冷行業(yè)中普遍采用的幾種不同翅片類型(平直翅片、波紋形、條縫形翅片、百葉窗形翅片的換熱特性和壓降特性的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展,通過對(duì)這幾種翅片類型換熱及壓降特性的介紹和分析,提出了翅片管式換熱器研究中的一些不足。關(guān)鍵詞工程熱物理;翅片管;綜述;換熱;壓降Development of Study on Heat Transfer and Friction Characteristicsof Fin-and-Tube Heat Exchanger-Exper

2、imental StudyLiu Jian,Wei Wenjian,Ding Guoliang and ZhangShanghai Jiao tong University,ChinaAbstractThis paper reviews the recent development of the study on heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube exchangers with different fin surface s.The fin surface type s involve in plain fin

3、 surface,corrugated fin sur2 face,silt fin surface,and louver fin surface.By stating and analyzing the heat transfer and friction characteristics with different fin surface s the feature and application with special fin surface are de scribed and the methods of improvement are sugge sted.K eywordsen

4、gineering thermophysics;fin-and-tube;review;heat transfer;pre ssure drop1引言翅片管式換熱器是一種在制冷、空調(diào)、化工等工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的一種換熱器形式。在空調(diào)制冷行業(yè)中,對(duì)它的研究不僅有利于提高換熱器的換熱效率和整體系統(tǒng)性能,而且對(duì)改進(jìn)翅片換熱器的設(shè)計(jì)型式,推出更加節(jié)能、節(jié)材的緊湊式換熱器有著重要的指導(dǎo)意義。由于在傳熱性能上翅片管式換熱器空氣側(cè)的換熱熱阻在整個(gè)熱阻中占有主要比重,而翅片結(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸的差異對(duì)空氣側(cè)的換熱性能與流動(dòng)阻力又起著決定性的影響,因此改進(jìn)管外空氣側(cè)的翅化形式,提高空氣側(cè)換熱系數(shù)已成為空調(diào)制冷行業(yè)人

5、們關(guān)心一個(gè)課題。本文就幾種不同強(qiáng)化換熱方式下的翅片類型(如:平翅片、波紋形翅片、條縫形翅片、百葉窗形翅片等的最新研究成果,做概括性的分析和介紹。2翅片管式換熱器的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展人們?cè)谶M(jìn)行強(qiáng)化翅片表面換熱的研究中,提出了各種強(qiáng)化換熱的方法?？偟膩碚f,有以下的幾種方法:一是減小換熱管的結(jié)構(gòu)尺寸,采用小管徑換熱管代替大管徑換熱管,同時(shí)減小管排橫向間距及縱向間距。從目前家用空調(diào)中所采用的換熱管尺寸來看,其管徑有不斷減小的發(fā)展趨勢(shì),從以前的9.52mm,7.94mm,到現(xiàn)在的7.0mm;二是增強(qiáng)空氣側(cè)的湍流強(qiáng)度,可通過不斷改變氣流來流方向,來達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的,主要采用將翅片沖壓成波紋形,由此產(chǎn)生了波紋形

6、翅片類型;三是采用間斷式翅片表面,將翅片表面沿氣流方向逐漸斷開,以阻止翅片表面空氣層流邊界層的發(fā)展,使邊界層在各表面不斷地破壞,又在下一個(gè)沖條形成新的邊界層,不斷利用收稿日期:2002年09月27日沖條的前緣效應(yīng),達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的。屬于這種翅片的有條縫形翅片和百葉窗形翅片等。以下就國內(nèi)對(duì)這幾種強(qiáng)化方式下的翅片類型的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展作概述介紹,如表1所示。表1翅片管式換熱器研究一覽表研究者翅片類型管外徑D0(mm翅片間距F p(mm管排間距P l(mm管列間距P t(mm風(fēng)速范圍V f r(msRich et al(1973,1975平翅片13.3 1.23-8.727.531.80.95-21M

7、cQuiston1(1978平翅片10.3 1.78,3.1817.620.30.5-5.9Nakayama and Xu(1983條縫形8.4,9.90,16.30,16.41.70,1.90,2.00,2.5033,22,1538,38,25-Beecher and Fagan2(1987波紋片9.525,12.7 1.4224-4.089419.05-27.5025.4,31.75-Wang et al11 (1990,1998波紋片(wavy8.58,8.62,10.381.21-3.6619.0525.4-Seshim o and Fujii(1991平翅片6.35,7.94,9.5

8、21.0-6.017.7,18,20,22,3220.4,25.40.5-2.5張慕瑾3等(1994康海軍4等(1994百葉窗平翅片9-810.1522.0,2.6,3.222.521.65-25.000.77-6.350.5-10.0Wang5(1996今平翅片7.2,7.3,8.28,10.0,10.61.21-3.212.7,19.05,2220.4,21,25.40.3-8.0何國庚6等(1996平翅片16.0 5.030.335 3.3-8Madi et al6(1997平翅片波紋片9.9561.587-4.2331.820-4.12916,16.5,2216.219,25.425.

9、41-20Wang et al9,13 (1998,1999百葉窗形8.71,10.4210.331.49-2.081.21-2.4919.05,2225.4Wang et al11(1999條縫形10.34 1.21-2.482225.4Wang et al14(1999百葉窗形6.93,7.53,8.71,10.421.20-2.4912.7,13.6,19.05,2217.7,21,25.4Y un et al18 (1999平翅片,條縫形,百葉窗形7.5 1.212.7210.5-2.5Du et al15(2000超條片7.52,10.32 1.20-2.5020,2517.32,2

10、1.65Wang et al5,17(2000平翅片8.53,10.37.3,8.28,10.01.21-2.231.21-2.0619.0512.7,19.0525.421,25.40.36.5Wang et al16(2000百葉窗形10.331.21-2.4919.05,2225.40.4-3.5(濕工況Wang et al (2000,2001條縫形7.5,7.6,10.32,10.341.21-2.5012.7,17.3221.65,2220,21,25,25.4張恩澤19等(2002波紋形16 2.479-3.42932.9138.0 2.52.1平翅片形式由于平翅片換熱器在結(jié)構(gòu)和

11、制造上的簡單方便、運(yùn)用上的耐久性及其較好的適用性,到目前為止,平翅片換熱器仍是最為常用的一種翅片管式換熱器。早在1971年,Rich et al就對(duì)管徑為13.3mm,管排間距為27.5mm和管列間距為31.8mm的16種不同結(jié)構(gòu)的平翅片換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明翅片間距對(duì)換熱系數(shù)有顯著的影響,而管排數(shù)對(duì)的空氣壓降幾乎沒有影響。1978年,McQuiston1發(fā)表了第一個(gè)基于五種結(jié)構(gòu)參數(shù)(翅片間距1.81-6.35mm、管外徑為9.96mm、管排間距為22mm、管列間距為25.4mm、管排數(shù)為4的平翅片換熱及壓降通用關(guān)聯(lián)式。1986年,G ray and Webb又提出了管排數(shù)大于4排

12、的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,其關(guān)聯(lián)式能較好地預(yù)測(cè)大管徑、大管排間距和大管列間距下的換熱特性和壓降特性。1991年,Seshim o and Fujii在迎面風(fēng)速為0.5ms-12.5ms-1的實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)21種平翅片形換熱器進(jìn)行了研究。1994年,康海軍4等對(duì)平翅片在不同翅片間距和管排數(shù)的情況下,對(duì)9種不同結(jié)構(gòu)的平翅片換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并提出了在工業(yè)常用Re數(shù)范圍內(nèi)的換熱和阻力性能通用關(guān)聯(lián)式。1996年,何國庚6等分別對(duì)16排、26排和32排的平翅片空氣冷卻器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),指出風(fēng)速對(duì)風(fēng)側(cè)阻力的影響并不相同:在較少排數(shù)時(shí),風(fēng)速的影響顯著些;而隨著管排數(shù)的增加,風(fēng)速的影響也趨向穩(wěn)定。1996年以來,Wang e

13、t al一直致力于翅片換熱器的研究,對(duì)平翅片換熱器也做了大量的研究,同時(shí)針對(duì)翅片換熱器的發(fā)展形式,對(duì)小管徑和小結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行了研究,得出大量十分有價(jià)值的研究成果。2000年,Wang et al17對(duì)18種不同結(jié)構(gòu)的平翅片管換熱器的空氣側(cè)換熱特性進(jìn)行了研究,并分析了管排數(shù)、翅片間距、管徑對(duì)換熱特性的影響。指出在不同的雷諾數(shù)下,空氣側(cè)的換熱特性與翅片間距、管排數(shù)和換熱管管徑有十分重要的關(guān)系。S par2 row et al也對(duì)單排及雙排管的平翅片換熱器進(jìn)行了研究,指出邊界層的發(fā)展是單排管換熱特性的最重要因素。渦流的影響只有在高雷諾數(shù)的情況下才獲得。2.2波紋形翅片形式:由于波紋形翅片可以加

14、大空氣流道的長度,并且能夠?qū)饬髟斐沙浞值幕旌?所以也被空調(diào)制冷廣泛采用。G oldstein和S parrow(1976,Beecher和Fagan(1987,Y oshii et al(1987,Wang et al(1997等,對(duì)其均做了大量的實(shí)驗(yàn)研究。1976年,G oldstein和S parrow10采用質(zhì)量傳遞技術(shù),對(duì)翅片間距1.65mm、換熱管直徑8.53mm的人字形換熱器模型的局部和平均傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定,發(fā)現(xiàn)波紋形換熱器的傳質(zhì)系數(shù)要比平翅片形的高出45%。1987年,Beecher和Fagan2對(duì)27種不同結(jié)構(gòu)的換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,其中有21種為波紋形翅片結(jié)構(gòu)。波紋形翅片

15、換熱器全部采用錯(cuò)排的方式進(jìn)行布置。由于其實(shí)驗(yàn)方法采用電加熱的方式,并且熱點(diǎn)偶預(yù)埋在翅片表面,使換熱器的翅片效率為100%,并無論考慮接觸熱阻的影響。1997年,Wang et al11對(duì)18種不同結(jié)構(gòu)、以及不同管排排列方式(順排和錯(cuò)排下的典型波紋形翅片換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,翅片間距對(duì)換熱因子的影響可以忽略不計(jì),同時(shí)管排數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)的影響也是可以忽略不計(jì)的。指出波紋形翅片的換熱系數(shù)要比對(duì)應(yīng)平翅片的換熱系數(shù)高55% 70%,同時(shí)其壓降損失要比平翅片的大66% 140%。1998年,Madi et al8對(duì)28種不同規(guī)格的翅片管式換熱器(包括平翅片和波紋型翅片進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試的風(fēng)速范圍

16、從120mss,測(cè)試的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括不同的管排數(shù),翅片厚度,翅片間距,管排間距和管列間距。實(shí)驗(yàn)表明:波紋型翅片的換熱因子j和摩擦因子f均比平翅片的大。主要是由于波紋形翅片改變了空氣氣流的流動(dòng)方向,增強(qiáng)了空氣的流速,加強(qiáng)了空氣在翅片間的湍流強(qiáng)度;但這也同時(shí)造成壓力損失的增加,進(jìn)而增大了摩擦因子。2002年,張恩澤19等對(duì)表冷器的翅片間距對(duì)換熱的影響進(jìn)行了研究,指出對(duì)6排管波紋片表冷器,在常用片距2.43.4mm范圍內(nèi),不論是從單位體積換熱量還是從單位阻力換熱量來衡量,間距為3.263.33mm時(shí),其性能都是較好的。2.3條縫形翅片形式對(duì)條縫形翅片高效的換熱性能,早在1986年, R.S.Mulli

17、sen et al就對(duì)其換熱機(jī)理進(jìn)行了理論研究,接著Nakayama and Xu(1983,M ochizuki et al (1987,1988,Dejong et al(1997,Wang et al(1999, Du et al(2000等也分別在理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)條縫翅片管的換熱及壓降性能進(jìn)行了研究和分析。1983年,Nakayama and Xu5對(duì)三種結(jié)構(gòu)的條縫形翅片進(jìn)行了研究,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式,但據(jù)G arimell et al7指出,其關(guān)聯(lián)式具有極大的局限性。1997年,Dejong et al等的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),流體通過條縫形翅片時(shí),渦旋首先在下游出現(xiàn),隨著雷諾數(shù)的增加

18、,渦旋出現(xiàn)點(diǎn)向上游前移。當(dāng)翅片間距減小時(shí),在較小的雷諾數(shù)下,渦旋就開始出現(xiàn)。這一現(xiàn)象說明,在小的翅片間距下,由于渦旋的產(chǎn)生,換熱系數(shù)被增強(qiáng)。1999年,Wang et al12對(duì)12種條縫形換熱器換熱特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:1翅片間距對(duì)條縫形換熱器的換熱及壓降特性有顯著地影響。當(dāng)N= 1時(shí),換熱特性隨著翅片間距的減小而增大;然而當(dāng)N4時(shí),翅片間距對(duì)換熱的影響正好相反。這主要與空氣通過換熱器的流型有關(guān),當(dāng)達(dá)到臨界雷諾數(shù)時(shí),間斷表面將造成渦旋脫落,通過渦旋的自身振蕩可以加強(qiáng)流動(dòng)換熱。2對(duì)于多排管(N=1,2,4,6和F P=1.2mm,2.5mm,當(dāng)F P=2.5mm時(shí),當(dāng)Re DC< 2

19、000時(shí),換熱性能隨管排數(shù)的增加而迅速降低;當(dāng)Re DC>2000時(shí),管排數(shù)的影響相對(duì)較小。當(dāng)F P= 1.2mm時(shí),換熱性能隨管排數(shù)的增加下降的十分嚴(yán)重。2000年,Du et al15調(diào)查發(fā)現(xiàn):以前的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在大管徑和大管間距,而極少有對(duì)小管徑下的研究。因此特針對(duì)管徑為7.52mm的條縫形換熱器展開研究。研究發(fā)現(xiàn):1當(dāng)Re<2000時(shí),單排管的換熱性能大于多排管;當(dāng)Re>2000時(shí),第一排管的換熱性能略低于其它的管子,這是由于渦流的脫落造成后排管的換熱系數(shù)增大。2對(duì)于翅片密度較大的換熱器,如:FP=1.2mm或F P=1.5mm,在Re DC<1000時(shí),換

20、熱性能隨著管排數(shù)的增加明顯下降,3對(duì)于多排管,當(dāng)ReDC>2000時(shí),管排數(shù)對(duì)換熱器的影響很小。2.4百葉窗翅片形式由于對(duì)于百葉窗翅片的研究相對(duì)較晚,對(duì)于它的研究成果的報(bào)道也就相對(duì)較少。有關(guān)于它的實(shí)驗(yàn)研究只在張慕瑾等(1994,Chang et al(1995,Wang et al(1997,和Wang et al(1998的文獻(xiàn)中有過報(bào)道。1994年,張慕瑾3等對(duì)三種不同管排數(shù)的百葉窗翅片管換熱器進(jìn)行了研究,指出在相同結(jié)構(gòu)的換熱器中,管排數(shù)越少,對(duì)流換熱的換熱系數(shù)越大。在傳熱量一定的情況下,換熱器設(shè)計(jì)的排數(shù)不宜大于三排。1998年,Wang et al9對(duì)17個(gè)不同結(jié)構(gòu)的百葉窗翅片管式

21、換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,采用的管排數(shù)為1,2,4和6,翅片間距為2.05mm2.1mm。1當(dāng)Re DC<2000時(shí),換熱因子隨著管排數(shù)的增加而減小;當(dāng)Re DC>2000時(shí),管排數(shù)的影響較小。2當(dāng)Re DC> 1000時(shí),翅片間距的影響可以忽略不計(jì);當(dāng)Re DC<1000時(shí),換熱特性隨著翅片間距的減小而減小。3當(dāng)迎面風(fēng)速Vfr<1.5ms時(shí),采用小管徑的多排管結(jié)構(gòu)有利于提高換熱器的換熱性能,并卻能夠減小10%的壓降損失。1999年,Wang et al13,14分別對(duì)干工況和濕工況下,百葉窗形換熱器進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)13對(duì)10種的百葉窗翅片結(jié)構(gòu)換熱器和4種平翅片換熱器

22、進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用換熱管直徑為9.52mm,縱向管間距分別為19.05mm和22mm。試驗(yàn)結(jié)果顯示,對(duì)于百葉窗形換熱器,縱向管排間距和翅片間距對(duì)換熱性能的影響很小,而對(duì)于平翅片換熱器翅片間距對(duì)換熱的影響卻十分顯著;然而當(dāng)翅片間距Fp=1.78mm時(shí),百葉翅片的換熱性能比F p=1.21mm和F p=2.42mm的好;縱向管排間距對(duì)換熱器性能的影響相對(duì)較小,管排間距為22mm的換熱器比間距為19.05mm的摩擦系數(shù)要高。文獻(xiàn)14給出了百葉窗式換熱器的通用換熱和壓降關(guān)聯(lián)式,共有149個(gè)試驗(yàn)樣本的不同結(jié)構(gòu)的換熱器(百葉窗間距、百葉翅片的高、長度方向管子的間距、寬度方向管子的間距、管子半徑和翅片間距

23、。指出對(duì)于具有雙向的、小翅片間距、和大管排數(shù)的百葉窗翅片,在低雷諾下,其換熱因子將出現(xiàn)“改平”現(xiàn)象;并且對(duì)于百葉翅片傾角小的,其摩擦因子也同樣較小。百葉窗式翅片換熱器對(duì)翅片間距的變化相對(duì)不敏感。2000年,Wang et al16以兩種百葉窗形翅片在濕工況下的換熱性能為研究對(duì)象進(jìn)行了分析。由于當(dāng)盤管表面的溫度低于空氣的相對(duì)露點(diǎn)溫度時(shí),空氣將同時(shí)發(fā)生傳質(zhì)和傳熱現(xiàn)象,盤管表面的凝結(jié)液膜的產(chǎn)生將嚴(yán)重影響空氣的換熱特性和摩擦特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在濕工況的條件下,換熱特性對(duì)翅片間距和管排數(shù)的變化不太敏感,結(jié)果與干工況下的特性十分接近。然而與換熱特性不同的是,翅片間距的變化對(duì)摩擦特性有顯著的影響,對(duì)于Fp

24、=1.2mm的換熱器比Fp=2.5mm的換熱器摩擦因子大30% 50%。3影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素影響翅片換熱和壓降的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:翅片間距、管排數(shù)、管徑和管間距等,以下分別進(jìn)行介紹:3.1翅片間距對(duì)換熱特性和壓降特性的影響對(duì)于平翅片:在低雷諾數(shù)Re D c<5000的情況下,換熱系數(shù)隨著翅片間距的減小而增大,在高雷諾數(shù)Re D c>5000的情況下,翅片間距對(duì)換熱系數(shù)的影響較小可以忽略。當(dāng)管排數(shù)(N4時(shí)候,空氣流通過換熱器時(shí),將產(chǎn)生周期性的變化,并且產(chǎn)生渦流。較大的空氣流速和較大的管排數(shù)將造成沿翅片的渦流出現(xiàn),因此這時(shí)翅片間距的對(duì)換熱系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)。T o

25、rikoshi et al(1994曾對(duì)單管平翅片進(jìn)行了3D數(shù)值分析,他們的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)翅片間距足夠小,如:FpD=0.17的時(shí)候,在管子后產(chǎn)生的渦流將被抑制,整個(gè)流場(chǎng)將保持平穩(wěn)和層流的狀態(tài);但當(dāng)FpD=0.3的時(shí)候,在管子后的渦流的橫向?qū)挾葘@著增加。由此也證實(shí)了實(shí)驗(yàn)研究的正確性。而對(duì)波紋形翅片;翅片間距對(duì)換熱因子的影響可以忽略不計(jì)。對(duì)于間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片;由于兩者雖然在換熱機(jī)理上相同,但其換熱特性與壓降特性也有不同之處。翅片間距對(duì)條縫形換熱器的換熱及壓降特性有顯著地影響:當(dāng)N=1時(shí),換熱特性隨著翅片間距的減小而增大;當(dāng)N4時(shí),翅片間距對(duì)換熱的影響正好相反。這主要與空氣通過換熱

26、器的流型有關(guān),當(dāng)達(dá)到臨界雷諾數(shù)時(shí),間斷表面將造成渦旋脫落,通過渦旋的自身振蕩可以加強(qiáng)流動(dòng)換熱。對(duì)百葉窗式翅片:在干工況下,翅片間距對(duì)壓降特性的影響相對(duì)較小;而在濕工況下,翅片間距對(duì)換熱性能的影響很小,然而翅片間距對(duì)壓降性能有顯著的影響。例如:翅片間距Fp=1.2mm的換熱器要比Fp=2.5mm的換熱器壓降大30%50%。3.2管排數(shù)對(duì)換熱特性和壓降特性的影響對(duì)于平翅片:對(duì)于管排數(shù)N=1,2,or4時(shí),當(dāng)R eD c<3000時(shí),由于邊界層的影響,換熱因子將隨管排數(shù)的增加而減小。X ietal(1997指出在低雷諾數(shù)的情況下,由于流速場(chǎng)和溫度場(chǎng)均保持層流,因此在任意翅片間距下,換熱系數(shù)將隨

27、著管排數(shù)的增加而減小;然而當(dāng)Re D c>3000時(shí),管排數(shù)對(duì)換熱的影響將減小。在高雷諾區(qū),空氣流速與溫度的在換熱器內(nèi)部的分布,由于渦流的產(chǎn)生和脫落,而變得不穩(wěn)定。因此將產(chǎn)生高的換熱系數(shù),并且管排數(shù)對(duì)換熱的影響逐漸減弱。對(duì)于波紋形翅片:1對(duì)錯(cuò)排管布置,低雷諾數(shù)下管排數(shù)沒有對(duì)換熱系數(shù)和摩擦系數(shù)有明顯的影響;而在高雷諾數(shù)下,換熱系數(shù)會(huì)隨著管排數(shù)的增加而增加。2對(duì)于順排管布置,在低雷諾數(shù)下?lián)Q熱系數(shù)會(huì)由于邊界層厚度的增加而減小;而在高雷諾數(shù)下,換熱系數(shù)會(huì)隨著管排數(shù)的增加而增加。對(duì)于間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片;1對(duì)于條縫形翅片:當(dāng)Re<1000時(shí),第一排管的換熱性能大于其它的管子;當(dāng)

28、Re>1000時(shí),第一排管的換熱性能略低于其它的管子。這是由于渦流的脫落造成。由Wang et al對(duì)緊湊條縫結(jié)構(gòu)管排數(shù)為1、2、3換熱器的研究發(fā)現(xiàn),管排數(shù)對(duì)摩擦因子的影響相對(duì)較小。但是Re<1000時(shí),翅片間距Fp=1.2mm 時(shí),換熱特性會(huì)隨著管排數(shù)的增加急劇降低。對(duì)于多排管,當(dāng)Re>1000時(shí),管排數(shù)的影響十分小。2對(duì)于百葉窗形翅片;當(dāng)ReDc<2000時(shí),管排數(shù)對(duì)換熱特性有顯著的影響,換熱因子會(huì)隨著管排數(shù)的增加而減小;當(dāng)ReDc>2000時(shí),管排數(shù)的影響相對(duì)較小。3.3管徑對(duì)換熱特性和壓降特性的影響對(duì)于平翅片:對(duì)于單排管和雙排管,Dc=8.51 mm時(shí)的換

29、熱系數(shù)比D c=10.23mm的稍高;但D c= 10.23mm的壓降卻比D c=8.51mm的要大10%15%。管徑越大的,造成的管后的無效面積也越大。換熱系數(shù)隨著換熱管管徑的減小而增大。而對(duì)于其它的翅片類型(波紋形翅片、條縫形翅片、百葉窗翅片,采用小管徑的換熱管,同樣可以減小管排的拖曳作用,同時(shí)增大管外換熱系數(shù)。如:對(duì)百葉窗翅片,當(dāng)迎面風(fēng)速Vfr<1.5mms時(shí),采用小管徑的多排管結(jié)構(gòu)有利于提高換熱器的換熱性能,并卻能夠減小10%的壓降損失。3.4管排間距對(duì)換熱特性和壓降特性的影響對(duì)于平翅片:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)縱向管排間距Pl=22mm的壓降與Pl=19.05mm的壓降差別不大,管排間距對(duì)換熱

30、特性和壓降特性的影響有大。對(duì)間斷式翅片表面的研究發(fā)現(xiàn),1百葉窗翅片,在干工況下縱向管排間距Pl=22mm和P1=19.05的換熱特性差別不大,但Pl=22mm的壓降損失要比P l=19.05mm的壓降失大6%12%,如:雷諾數(shù)Re=1000時(shí),Pl= 22mm的摩擦系數(shù)要比P l=19.05mm的摩擦系數(shù)大28%;而雷諾數(shù)Re=5000時(shí),P l=22mm的摩擦系數(shù)要比Pl=19.05mm的摩擦系數(shù)大52%。在濕工況的情況下,管排間距越大,越有利于凝結(jié)水的排放,而使換熱器的壓降損失降低。4幾點(diǎn)建議1到目前為止,人們對(duì)翅片管式換熱器已進(jìn)行制冷學(xué)報(bào) 2003 年第 3 期 了不小研究 ,但限于條件

31、 ,大多數(shù)研究者的實(shí)驗(yàn)范圍 較窄 ,故其適用性受到限制 。 2 對(duì)于現(xiàn)有的翅片管式換熱器的研究 , 由于一 些客觀條件的限制 ( 如 : 產(chǎn)品專利等 ,造成實(shí)驗(yàn)研究 測(cè)試的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的不連續(xù)性 , 對(duì)于各種翅片類 型的實(shí)驗(yàn)研究還極不完整 。因此當(dāng)前的工作之一就 是繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)管外強(qiáng)化翅片的實(shí)驗(yàn)研究 , 并歸納出 較通用的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式 。 3 對(duì)不同翅片類型的強(qiáng)化機(jī)理的研究還尚待繼 續(xù)開展 ,同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn) ,在理論分析不同的翅片幾何 結(jié)構(gòu)在強(qiáng)化傳熱 ,及其阻力特性的差異 。 4 同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有的翅片管式換熱器的研究 , 還 存在著一些問題 , 如 : 所采用的實(shí)驗(yàn)方法上的差異 , 以及在實(shí)驗(yàn)數(shù)

32、據(jù)處理方法的差異等 , 都造成所得實(shí) 驗(yàn)結(jié)果的較大差異 。如 Beecher 和 Fagan 的實(shí)驗(yàn)方 法 ,在實(shí)際運(yùn)用中是無法達(dá)到的 ,其數(shù)據(jù)的適用性受 到嚴(yán)重的影響 。 5 由于翅片形式的多樣性 , 還沒有形成統(tǒng)一的 對(duì)比標(biāo)準(zhǔn) ,所以還也很難形成大家都比較認(rèn)同的實(shí) 驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 。 6 對(duì)于實(shí)際運(yùn)行工況下 ,空氣來流的不均勻性 、 翅片布置方式等對(duì)現(xiàn)有翅片類型的換熱及壓降特性 的影響 ,還少有人研究 。 總的來說 ,隨著人們對(duì)緊湊式換熱器的不斷重 視 ,對(duì)強(qiáng)化換熱表面的研究也會(huì)越來越得到關(guān)注 ,對(duì) 它的研究必將對(duì)換熱器的設(shè)計(jì)及制造具有重要的指 導(dǎo)性作用 。 參考文獻(xiàn) 1 F. C. McQui

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