【正文】 息，再通過計(jì)算得到想要的性能參數(shù)（如 Nu、壓差 Δp、換熱因子 j、阻力因子f 等等），對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行對比觀察，得到所要結(jié)果。王先超、水黎明[40]等人，通過對波紋翅片數(shù)值模擬的分析，得出了影響波紋翅片換熱因子j和阻力因子f 的因素，同時把不同雷諾數(shù)Re下的波紋翅片與矩形翅片（即平直翅片）、矩形開縫翅片（平直翅片開縫得到）進(jìn)行了分析比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：翅片厚度對波紋翅片的換熱因子j 和阻力因子f 影響不大，但翅片間距sf對波紋翅片的阻力因子 f 影響較大；雷諾數(shù) Re 在 400～2000 范圍內(nèi)時，波紋翅片的換熱因子 j 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 2～28 倍之間，阻力因子 f 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 28～4 倍；雷諾數(shù)在 2000～10000 范圍內(nèi)，波紋翅片的換熱因子 j 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 2～28 倍之間，阻力因子 f 是同雷諾數(shù)下矩形翅片的 35～4 倍；波紋翅片與矩形開縫翅片的阻力因子 j 隨雷諾數(shù)的變化很小，兩者非常接近。李媛[26]等人以 3 種常見的翅片類型(平直翅片、鋸齒翅片、波紋翅片)為研究對象，利用標(biāo)準(zhǔn)kε雙方程湍流模型求解三維NavierStokes方程，采用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)方法模擬和分析了板翅式換熱器單通道中，不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對翅片表面換熱與流動的影響 ，并將不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的數(shù)據(jù)制作成曲線圖表，發(fā)現(xiàn)3種翅片的換熱因子 j 和阻力因子 f 隨雷諾數(shù) Re 的增大而遞減，這與他們的實(shí)驗(yàn)[24]得出的結(jié)論是一致的，這就說明了：將數(shù)值模擬方法應(yīng)用于翅片表面換熱和流動特性研究是可行的。然后進(jìn)一步分析了波紋翅片的波幅與翅片間距對其表面換熱與流動性能的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：波紋翅片的波幅越大、翅片間距越大，換熱因子 j 越大，即傳熱效果越好。最后把3種翅片在相同操作條件下的j因子和f因子進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)： 鋸齒翅片和波紋翅片的傳熱性能優(yōu)于平直翅片， 說明改善換熱器換熱表面的幾何形狀對板翅式換熱器的性能影響至關(guān)重要。王維斌、傅憲輝、吳茂剛[25]等人以波浪形翅片和人字形翅片為研究對象，在合理簡化條件下給出了物理模型和數(shù)學(xué)模型，通過對不同進(jìn)口風(fēng)速下翅片通道的換熱和流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。通過對傳熱系數(shù)，Nu數(shù)，壓降以及渦量分布的對比分析，結(jié)果表明：波紋翅片改變了流體的流向，增加了換熱面積，增強(qiáng)了流體擾動，由于漩渦的形成與分離，減薄或者破壞了熱邊界層的連續(xù)發(fā)展，使其換熱特性得到有效強(qiáng)化；同時也增大了阻力損失，但是換熱增加的幅度要大于阻力增加的幅度。隨著風(fēng)速的增加，翅片表面的換熱系數(shù)、Nu 數(shù)以及壓降也隨之增加。在相同的模擬條件下，人字形翅片的換熱性能高于波浪形翅片，但是阻力損失卻相差不大，波浪形翅片在減少流動損失方面沒有很大的優(yōu)勢。兩者流動與傳熱特性的差別，主要是因?yàn)槌崞鲌鲋袖鰷u的形成與脫落存在差異。黃小輝、畢小平[27]等人通過建立一個板翅式機(jī)油散熱器冷卻空氣側(cè)波紋翅片通道的穩(wěn)態(tài)湍流數(shù)學(xué)模型。作者以波紋形翅片表面為研究對象，利用 Fluent 軟件，進(jìn)口條件設(shè)置為流量進(jìn)口，出口條件為壓力出口，翅片表面和隔板設(shè)置為壁面，并在進(jìn)出口處分別設(shè)置延伸段來使流場充分發(fā)展。采用標(biāo)準(zhǔn) kε湍流模型和 SIMPLE 算法求解三維NavierStokes方程，模擬和分析了板翅式散熱器雙通道不同參數(shù)對翅片表面?zhèn)鳠崤c流動阻力的影響，發(fā)現(xiàn)：阻力系數(shù)隨著進(jìn)口流速的增大而減小。通過分析得到了阻力系數(shù)與平均流速的擬合函數(shù)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，更進(jìn)一步說明 CFD 方法的可行性?？傊?，可供使用的多種翅形 j 因子和 f 因子數(shù)據(jù)已有不少，但可供設(shè)計(jì)計(jì)算使用的擬合關(guān)聯(lián)式卻很有限．因此，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)，流動可視化技術(shù)和模擬測試來研究翅片換熱和流動的本質(zhì)，并建立 j 因子和 f 因子數(shù)據(jù)庫將是今后十分重要的工作。從上述的文獻(xiàn)綜述可看出，大量學(xué)者對翅片管換熱器的換熱特性進(jìn)行研究并取得了一定的成果，但還存在如下兒個問題：(1)目前對平翅片管換熱器的流動與換熱特性研究得比較多，對波紋翅片管換熱器的研究還不夠完善，或者說針對波紋翅片管換熱器的換熱機(jī)理研究不夠。(2)多數(shù)文獻(xiàn)中針對管排數(shù)較少的翅片管換熱器研究，而對多管排形式下的翅片管換熱器研究較少。(3)目前對波紋翅片管換熱器表面的流動與換熱特性的研究主要集屮在實(shí)驗(yàn)研究方面，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，數(shù)值模擬工作開展的較少。然而實(shí)驗(yàn)只在一定范圍內(nèi)對換熱及肌力特性進(jìn)行研究，獲得具有很大局限性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，對于多管排形式下的換熱器中各管區(qū)域的換熱特性不能進(jìn)行細(xì)致的研究。20世紀(jì)60年代以前，普通的管翅式換熱器多采用表面結(jié)構(gòu)未做任何處理的平翅片，這種形式的翅片除增大換熱面積來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果以外，再無其他強(qiáng)化傳熱作用。直至目前，這一方法仍是所有各種管式換熱面強(qiáng)化傳熱方法中運(yùn)用的最為廣泛的一種。管翅式換熱器是人們在改進(jìn)管式換熱面的過程中最早也是最成功地發(fā)現(xiàn)之一。它不僅適用于單相流體的流動，而且對相變換熱也有很大的價(jià)值。通過調(diào)整換熱器的翅片間距，設(shè)計(jì)成為變翅片間距，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對其換熱性能與改進(jìn)前換熱器進(jìn)行對比計(jì)算，提高了換熱器的傳熱系數(shù)。本方法適用于將該換熱器用于低溫制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。當(dāng)氣流通過蒸發(fā)器時，由于空氣中的水蒸氣不斷地在翅片管表面沉積，空氣由于除濕作用相對濕度降低，沿氣流方向翅片盤管表面結(jié)霜量是遞減的，如果采取變片距結(jié)構(gòu)，可以在結(jié)霜條件下保持其較高的傳熱效率，并延長其沖霜時間。當(dāng)蒸發(fā)器采用變翅片間距結(jié)構(gòu)時，實(shí)際上已構(gòu)成了翅片的錯列分布，當(dāng)空氣橫掠錯列翅片時，翅片的交錯分布使得上游翅片對下游翅片有繞流作用，由于前面翅片的繞流，翅片的前半部分換熱加強(qiáng)，后面的翅片的分布又使得流道變窄，流速提高，翅片后半部分的換熱也得到強(qiáng)化。通過變翅片間距的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，冷風(fēng)機(jī)在外形尺寸即高度、寬度和管總長度不變的前提下，在結(jié)霜工況下運(yùn)行時仍可保持較高的傳熱系數(shù)，％，且傳熱面積有所提高，通過提高傳熱系數(shù)和傳熱面積從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。加強(qiáng)管內(nèi)流體流動，管內(nèi)壁加工變螺距內(nèi)螺紋。在不增大整體設(shè)備尺寸的前提下，增加其內(nèi)表面換熱面積，加強(qiáng)管內(nèi)流體的擾動，在原有換熱器的管內(nèi)壁上加工變螺距內(nèi)螺紋。當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)換熱系數(shù)較大而管外工質(zhì)換熱系數(shù)較小時，管外的對流傳熱熱阻將成為傳熱的主要阻力。采用擴(kuò)展表面，對于縮小換熱器體積，提高換熱器效率有很重要的作用。目前，已經(jīng)開發(fā)出了針狀翅片、波紋翅片、百葉窗翅片、三角形翅片、單面開槽條形片、裂齒矩形翅片等等。管內(nèi)表面積的增大主要集中在異型管的開發(fā)方面，綜觀各種不同形狀的強(qiáng)化管，其共同特點(diǎn)是在兼顧壓降的同時，傳熱面積都有不同程度的增加，并通過兩種機(jī)理提高其傳熱系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)化換熱。傳熱邊界層是限制傳熱系數(shù)提高的最主要因素，它產(chǎn)生于靠近管壁的層流底層，并有一個逐漸增厚的過程。管壁的粗糙以及規(guī)則出現(xiàn)的溝槽、凸肋，會破壞貼壁層流狀態(tài)，抑制邊界層的發(fā)展。同時溝槽和凸肋對流體的限流作用有助于邊界層的減薄，而繞流作用使流體產(chǎn)生軸向旋渦，可致使邊界層分離，流體主體徑向溫度梯度減小，有助于熱量傳遞的進(jìn)行。在已加工好的管壁內(nèi)部加工變螺距內(nèi)螺紋，不但可以擴(kuò)大管子的內(nèi)表面積，增加傳熱面積，并且由于管子不再是光管，內(nèi)部有螺紋所以內(nèi)壁變得粗糙，可以破壞層流邊界層，使管內(nèi)的制冷劑的流態(tài)變成紊流，從而提高管內(nèi)對流換熱系數(shù)。同時，因?yàn)椴捎米兟菥?，沿著流體流動方向螺距從大變小，這樣可增強(qiáng)流體的擾動，強(qiáng)化流體的換熱系數(shù)。 管翅式換熱器的不同形式的翅片研究現(xiàn)狀翅片的形式，到目前為止一出現(xiàn)以下幾種：平直翅片、多孔翅片、鋸齒翅片、波紋翅片、釘狀翅、百葉窗翅片、片條翅片等。常用的有平直翅片、百葉窗翅片、條縫翅片和波紋翅片。：（1）平直翅片Rich[28]發(fā)現(xiàn)翅片間距對傳熱系數(shù)有著顯著的影響，而管排數(shù)對空氣壓降幾乎沒有什么影響。Sparrow[31]在研究此問題時指出，邊界層的發(fā)展是制約但排灌換熱特性的重要因素。Torikoshi[29]對板間通道進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)只要翅片艱巨足夠小，管子后漩渦江北翅片的壁面效應(yīng)所以只，此時整個流場將處于層流狀態(tài)。Ricardo[51]也對板間的流體行為進(jìn)行了三維模擬，他借助可視化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，揭示了翅片間距對流動及傳熱行為的不用影響趨勢，對于一定的約束條件，翅片間距存在強(qiáng)化傳熱的最佳值。（2）波紋翅片及開縫翅片Bemard[30]對波紋翅片通道內(nèi)傳熱機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)存在臨界Re，管排數(shù)對傳熱影響趨勢與平直翅片相反，但變化的量值壁平直翅片管束要小得多。Goldstein[31]采用質(zhì)熱比擬技術(shù)進(jìn)行研究，認(rèn)為波紋翅片的傳熱比平直翅片提高45%。Nakayama[31]對3種結(jié)構(gòu)的開縫翅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得到了傳熱和流阻的關(guān)聯(lián)式。DeJong[33]等人研究發(fā)現(xiàn)，流體通過條縫后漩渦首先在下游出現(xiàn)，隨著Re的下降而下降。（3）百葉窗翅片F(xiàn)iebig等人[52]采用漩渦發(fā)生器強(qiáng)化傳熱，當(dāng)攻角為45176。時，傳熱可提高20%左右，阻力比沒有漩渦發(fā)生器時增加了10%。Torri等人在Fiebig等人的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步安裝135176。起渦器，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻力將降低34%~55%。Leu等人對橢圓管、圓管百葉窗換熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明管子背風(fēng)側(cè)的換熱惡化，百葉窗的窗片前緣效應(yīng)在強(qiáng)化傳熱中起到了重要的作用，對比橢圓管與圓管的總體換熱行為，發(fā)現(xiàn)橢圓管的強(qiáng)化傳熱能力沒有人們以前預(yù)想的好。：（1） 平直翅片康海軍[9]對9種平直翅片管的傳熱與阻力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)翅片艱巨對傳熱的影響依賴于臨界雷諾數(shù)Re。對于層流，翅片艱巨增加，換熱下降，阻力減少，且2排管的性能優(yōu)于3排和4排。何江海則進(jìn)行雙排管整體翅片的數(shù)值模擬，得到了速度與壓力場分布，~，對流給熱系數(shù)及壓降均隨流速呈線性增長。何雅玲[46]等人采用樹枝模擬方法研究了多排管束管子縱橫向間距對傳熱的影響，認(rèn)為傳熱隨其縱橫間距的增大而減小，進(jìn)一步場協(xié)同原理總體平均分析表面，橫向管距越小，縱向管距越大，場協(xié)同性越好（2）波紋翅片辛榮昌[19]的研究表明，翅片艱巨的影響受控于管排數(shù)，翅片艱巨越小，阻力系數(shù)f越大，而且管排數(shù)對阻力系數(shù)的影響很小。Wang[15]的研究表明，翅片間距對傳熱的影響忽略不計(jì)，但對阻力影響較大，與平直翅片相比，傳熱提高了55%~70%，壓降增大66%~140%。張恩澤[20]的研究發(fā)現(xiàn)，從單位體積或單位阻力換熱量來說，~。對于強(qiáng)化傳熱的機(jī)理，一般認(rèn)為，波紋翅片可以降低臨街Re，引入緋聞太流動提高了流體微元的局部混合及分布的橫向均勻性。（3）百葉窗翅片張智[45]采用Fluent軟件模擬雙排管弧形百葉窗翅片片厚、翅片間距、翅片寬度對換熱量及傳熱j銀子的影響。結(jié)果表明，迎風(fēng)側(cè)的強(qiáng)化傳熱成都高于被背風(fēng)側(cè)。翅片跨度變化對總體換熱量幾乎沒有什么影響，翅片間距變大會使整體換熱量降低，因?yàn)閾Q熱強(qiáng)度的微弱提高不能補(bǔ)償單位管長換熱面積的下降造成的傳熱損失，這說明采用小間距薄翅片是一種強(qiáng)化傳熱的措施，但同時也給帶來了翅片剛度的下降及管翅間接熱阻上升的問題。(4) 開縫翅片Wang[15]研究了12種開縫翅片結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)翅片間距對傳熱和壓降有顯著影響。管排數(shù)為1時，翅片艱巨減小傳熱增大。管排數(shù)大于4時，翅片間距對傳熱壓漿的影響趨勢相反。渦旋的脫落及渦旋的震蕩效應(yīng)是強(qiáng)化傳熱的根本原因。，當(dāng)Re2000時，單排管換熱性能大于多排管。Tao[53]基于場協(xié)同理論，通過數(shù)值模擬研究，根據(jù)翅片背風(fēng)側(cè)場協(xié)同能力較弱，而前緣的較好，提出了前疏后密的新結(jié)構(gòu)，在阻力幾乎不上升的情況下，傳熱可提高20%以上。開縫翅片利用間斷表面來一直邊界層的增長及沖條的前緣效應(yīng)來強(qiáng)化傳熱，但目前多沖縫角與片寬還沒有更深入的研究。 2影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素對于平翅片：在低雷諾數(shù)ReDc5000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)ReDc5000的情況下，翅片間距對換熱系數(shù)的影響較小可以忽略。當(dāng)管排數(shù)(N≥4)時候，空氣流通過換熱器時，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)，因此這時翅片間距的對換熱系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)。Torikoshi[29]etal(1994)曾對單管平翅片進(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：Fp/D=，在管子后產(chǎn)生的渦流將被抑制，整個流場將保持平穩(wěn)和層流的狀態(tài)。但當(dāng)Fp/D=，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。而對波紋形翅片。翅片間距對換熱因子的影響可以忽略不計(jì)。對于間斷式翅片(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，換熱特性隨著翅片間距的減小而增大。當(dāng)N≥4時，翅片間距對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，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)流動換熱。對百葉窗式翅片：在干工況下，翅片間距對壓降特性的影響相對較小。而在濕工況下，翅片間距對換熱性能的影響很小，然而翅片間距對壓降性能有顯著的影響。例如：翅片間距Fp==%~50%。對于平翅片：對于管排數(shù)N=1，2，or4時，當(dāng)ReDc3000時，由于邊界層的影響，換熱因子將隨管排數(shù)的增加而減小。Xietal(1997)指出在低雷諾數(shù)的情況下，由于流速場和溫度場均保持層流，因此在任意翅片間距下，換熱系數(shù)將隨著管排數(shù)的增加而減小。然而當(dāng)ReDc3000時，管排數(shù)對換熱的影響將減小。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)對換熱的影響逐漸減弱。對于波紋形翅片：1)對錯排管布置，低雷諾數(shù)下管排數(shù)沒有對換熱系數(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)會隨著管排數(shù)的增加而增加。2)對于順排管布置，在低雷諾數(shù)下?lián)Q熱系數(shù)會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)會隨著管排數(shù)的增加而增加。間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片)：對于條縫形翅片：當(dāng)Re10