【正文】 bumadi[48]等人提出前人得到的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)耍求過(guò)十局限 ， 對(duì) 28種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的翅片管換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ， 風(fēng)速范圍內(nèi)為 l20m/s， 分析管排數(shù)、翅片的厚度、翅片間距以及管排間距等參數(shù)對(duì)換熱因子與摩擦因子的影響。運(yùn)用 Ue 瑞流模型欖擬空調(diào)單元空氣流動(dòng)，得到的結(jié)架十分準(zhǔn)確 ， 再加上 QUICK 方法得到的平均速度提供了更加準(zhǔn)確的結(jié)果。得出翅片管上游的局部換熱系數(shù)較高 ， 下游的局部換熱系數(shù)較低。平直翅片加工制造方便、不易發(fā)生變形及裝配簡(jiǎn)單。 管翅式換熱器的換熱過(guò)程 在空調(diào)中 ， 換熱器的結(jié)構(gòu)采用銅管套翅片而組成傳熱管束 ， 即錫翅片穿在直徑較小的紫銅管上。 容易清洗拆裝方便：板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板板片夾緊，因此拆裝方便，隨時(shí)可以打開清洗，同時(shí)由于板面光潔，湍流程度高，不易結(jié)垢。176。由于翅片傳熱不隔板是直接傳熱，故翅片又有 “二次表面 ”之稱。一般情況下，從強(qiáng)度、熱絕緣和制造工藝等要求出發(fā)，芯體頂部和底部還各留著若干曾假翅片層。 管翅式換熱器的基本 結(jié)構(gòu)是由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成的通道。因此，在換熱器的生產(chǎn)及研究開發(fā)上除了滿足各種必需的工藝條件之外，對(duì)它的綜合性能也提出了更高的要求。在這一工作中，換熱器也充當(dāng)著一個(gè)重要的角色，其性能的好壞也直接影響到能源利用的效益。例如，過(guò)路熱力系統(tǒng)中的過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、凝汽器、除氧器、給水加熱器、冷卻塔等；金屬冶煉系統(tǒng)中的熱風(fēng)爐、空氣或煤氣預(yù)熱器、廢熱鍋爐等；制冷及低溫系統(tǒng)中的蒸發(fā)器、冷凝器、回?zé)崞鞯?；石油化工工業(yè)中廣泛采用的加熱及冷卻設(shè)備等，制糖工業(yè)和造紙工業(yè)的糖液蒸發(fā)器和紙漿蒸發(fā)器，這些都是換熱器應(yīng)用的大量實(shí)例。 關(guān)鍵詞： 翅片形式；管翅式；換熱器；關(guān)聯(lián)式；流動(dòng)換熱性能 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Study on heat transfer and flow characteristics of finandtube heat exchangers with various fin types Abstract： With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency, energy saving and material saving pact type of heat exchanger is development, as one kind of pact heat exchanger, finandtube heat exchanger has a wide application in future. It is necessary to develop pact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall performance of heat transfer. This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction characteristic of these kinds of fin types are pared, and the results show the difference of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable foundation to the design and optimization of pact heat exchangers. Key words： Finandtube heat exchanger。對(duì)于它的研究不僅有利于提高換熱器的換熱效率及其整體性能 ,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。 由于翅片管式換熱器在翅片結(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸的不同 ,造成其換熱性能和阻力性能上的極大差異。 Heat transfer and flow characteristics。它不但是一種廣泛應(yīng)用的通用設(shè)備，并且在某些工業(yè)企業(yè)中占有很重要的地位。熱交換器作為一種利用能源與節(jié)約能源的有效設(shè)備，在余熱利用、核能利用、太陽(yáng)能利用和地?zé)崂玫确矫嬉财鹬匾淖饔谩? 管翅式換熱器簡(jiǎn)介 換熱器是熱力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，管翅式換熱器是比較常用的換熱器結(jié)構(gòu)形式。它是在金屬平板上放一翅片，然后再在其上放一金屬平板，兩邊以封條密封而組成一個(gè)個(gè)基本單元。在芯西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 體的兩段配置適 當(dāng)?shù)牧黧w出入口封頭，即可組裝成完整的管翅式換熱器。二次傳熱表面一般比一次傳熱表面的傳熱效率低。C 使用壽命長(zhǎng)：板式換熱器采用不銹鋼或鈦合金板片壓制，可耐各種腐蝕介質(zhì)，膠墊可隨意更換，并可方便在、拆裝檢修。 管翅式換熱器換熱過(guò)程 ： 制冷劑 (高溫 )通過(guò)銅管將熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給管外的翅片 ， 翅片將熱量以對(duì)流的方式傳遞給其表面的的冷空氣 (常溫 )， 通過(guò)不停吹入新的冷空氣達(dá)到增強(qiáng)冷卻的目的。波紋翅片可使介質(zhì)的流向不斷改變以促進(jìn)瑞流 ， 提高傳熱效率 ， 強(qiáng)化換熱 ， 可用于壓力較高的氣體場(chǎng)合本文研究了傾角均勻的波紋翅片及新型的傾角漸增的波紋翅片和前平直后傾角均勾的波紋翅片的圓管換熱器的翅片結(jié)構(gòu)對(duì)流體流動(dòng)和換熱過(guò)程的影響。 1978 年 ， McQuiston[6]得出特定結(jié)構(gòu)參數(shù)下的翅片換熱及壓降關(guān)聯(lián)式。另外 ， 混合網(wǎng)格能快速達(dá)到收斂 ， 并很好與實(shí)驗(yàn)結(jié)架達(dá)到一致。實(shí)驗(yàn) 表明 ：翅片類型影響換熱因子和摩擦因子 ， 管排數(shù)對(duì)阻力系數(shù)幾乎無(wú)影響 。 1999 年 ， Wang[15]等提出 ， 通過(guò)增加翅片密度并促進(jìn)流體瑞流 ， 可以增加緊湊型氣 氣換熱器 空氣 側(cè)流體的換熱面積。利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出無(wú)量綱壓降報(bào)尖系數(shù)?？諝獗焕鋮s得到的換熱系數(shù)比空氣被加熱得到的換熱系數(shù)大。 2020 年 ，西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 Sahin 等 [1]三維數(shù)值模擬研究平翅片管換熱器進(jìn)口角度和換熱特性的關(guān)系。 2020 年 ， Choi[41]等對(duì) 34 個(gè)不同結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 ， 得出結(jié)論 ： 不連續(xù)的翅片換熱器的 j 因子方程式與式結(jié)構(gòu)尺相關(guān) ， 對(duì)于翅片間距從 變化到 15mrn 的情況 ， 不連續(xù)平翅片換熱器的 j 因子比連續(xù)平翅片管換熱器的 J 因子高 %%。由于設(shè)備運(yùn)行中熱量散失增加 ， 需要研究新方法提高冷凝器的換熱性能。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和數(shù)值模擬 數(shù)值模擬的基礎(chǔ)是數(shù)值傳熱學(xué)，數(shù)值傳熱學(xué)是指對(duì)描寫流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的控制方程采用數(shù)值方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)求解的一門傳熱學(xué)與數(shù)值方法相結(jié)合的交叉學(xué)科。 通過(guò)數(shù)值模擬可以得到整個(gè)流場(chǎng)的基本信息，再通過(guò)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比觀察，得到所要結(jié)果。然后進(jìn)一步 分析了波紋翅片的波幅與翅片間距對(duì)其表面換熱與流動(dòng)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。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。作者以波紋形翅片表面為研究對(duì)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(lái)使流場(chǎng)充分發(fā)展。 從上述的文獻(xiàn)綜述可看出 ， 大量學(xué)者對(duì)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(gè)問(wèn)題 ： (1)目前對(duì)平翅片管換熱器的流動(dòng)與換熱特性研究得比較多 ， 對(duì)波紋翅片管換熱器的研究還不夠完善 ， 或者說(shuō)針 對(duì)波紋翅片管換熱器的換熱機(jī)理研究不夠 。 管翅式換熱器及發(fā)展趨勢(shì) 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(lái)達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果以外，再無(wú)其他強(qiáng)化傳熱作用。 通過(guò)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(duì)其換熱性能與改進(jìn)前換熱器進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，提高了換熱器的傳熱系數(shù)。 通過(guò)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(zhǎng)度不變的前提下，在結(jié)霜工況下運(yùn)行時(shí)仍可保持較高的傳熱 系數(shù)，且采用變翅片間距結(jié)構(gòu)的冷風(fēng)機(jī)比等翅片間距結(jié)構(gòu)冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)提高了 ％，且傳熱面積有所提高，通過(guò)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。采用擴(kuò)展表面，對(duì)于縮小換熱器體積，提高換熱器效率有很重要的作用。管壁的粗糙以及規(guī)則出現(xiàn)的溝槽、凸肋，會(huì)破壞貼壁層流狀態(tài)，抑制邊界層的發(fā)展。 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。 Torikoshi[29]對(duì)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(shí)整個(gè)流場(chǎng)將處于層流狀態(tài)。 Nakayama[31]對(duì) 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。 Torri 等人在 Fiebig 等人的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步安裝 135176。對(duì)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。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(lái)說(shuō)，翅片間距為 ~ 波紋翅片綜合強(qiáng)化傳熱性能較好。翅片跨度變化對(duì)總體換熱量幾乎沒(méi)有什么影響，翅片間距變大會(huì)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(zhǎng)換熱面積的下降造成的傳熱損失，這說(shuō)明采用小間距薄翅片是一種強(qiáng)化傳熱的措施，但同時(shí)也給帶來(lái)了翅片剛度的下降及管翅間接熱阻上升的問(wèn)題。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。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素 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) 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(duì)換熱系數(shù)的影響較小可以忽略。但當(dāng) Fp/D= 的時(shí)候 ， 在管子后的渦流的橫向?qū)挾葘@著增加。 對(duì)于間斷式翅片 (條縫形翅片和百葉窗翅片 )。這主要與空氣通過(guò)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(guò)渦旋的自身振蕩可以加強(qiáng)流動(dòng)換熱。 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) ReDc3000 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。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。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。由Wang[17]etal 對(duì)緊湊條縫結(jié)構(gòu)管排數(shù)為 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。當(dāng) ReDc2020 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 。管徑越大的 ， 造成的管后的無(wú)效面積也越大。 管間距對(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= 的壓降差別不大 ， 管排間距對(duì)換熱特性和壓降特性的影響有大。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 3 不同翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式總結(jié)及比較 平直翅片經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的總結(jié) 管翅式換熱器有很多種不同的翅片形式，比如波紋翅片、百葉窗翅片和開縫翅片等。 圖 1 平直翅片翅管式換熱器簡(jiǎn)圖 關(guān)于以錯(cuò)排方式排列的平直翅片換熱器換熱特性和阻力特性的最早發(fā)表的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式是由 McQuiston 提出的 [6]，但是 Gray 和 Webb[7]指出其摩擦因子的預(yù)測(cè)能力非常有限。因此 Wang 等對(duì)較小管徑的換熱器經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行了修正 [1]，如下： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 33） 其中，cDRe是基于 tube collar diameter 的雷諾數(shù)。文獻(xiàn) [8]提供的空氣壓縮機(jī)中冷器的管徑為 8mm， 10mm， 12mm 和 14mm。當(dāng)管束列數(shù)較大翅片距較小時(shí)，在低雷諾數(shù)區(qū)域管束列數(shù)對(duì)換熱效果的影響尤其顯著。在 潮濕的工作環(huán)境，翅片的表面溫度通常低于露點(diǎn)溫度，因此濕蒸汽會(huì)在翅片上凝結(jié)。 j 因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：