【正文】 基本結(jié)構(gòu)是由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成的通道。一般情況下，從強度、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。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。176。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，隨時可以打開清洗，同時由于板面光潔，湍流程度高，不易結(jié)垢。 管翅式換熱器的換熱過程在空調(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。平直翅片加工制造方便、不易發(fā)生變形及裝配簡單。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。運用Ue瑞流模型欖擬空調(diào)單元空氣流動，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。1998年，Abumadi[48]等人提出前人得到的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式對結(jié)構(gòu)參數(shù)耍求過十局限，對28種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的翅片管換熱器進(jìn)行實驗，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)對換熱因子與摩擦因子的影響。Atkinson等[49]對百葉窗形式的翅片管換熱器用StarCD進(jìn)行了二維與二維數(shù)值模擬。2001年，Meyer[42]又對翅片管換熱器的入口處中氣流動損失進(jìn)行實驗研究，發(fā)現(xiàn)入口交氣流動損失量與通過換熱器的中氣平均速度無關(guān)，而與入口處空氣和進(jìn)口的傾斜角有關(guān)。結(jié)來表明，空氣側(cè)的傳熱系數(shù)比文獻(xiàn)中關(guān)聯(lián)式大20%左右。與順排換熱器相比，叉排換熱器提高了換熱性能。所以，V型波紋片是增強換熱和加強換熱器緊密性的好方法。該作者模擬的目的是證明只考慮空氣側(cè)的情況與同時考慮空氣與水側(cè)流動特性的情況存在不同，從數(shù)、翅片間距、管徑尺寸、翅片長度和翅片厚度等幾個方面討論，得出換熱值更加精確，更好的預(yù)測換熱性能，該文章的模擬效果更接近實際情形。通過前人的模擬結(jié)果可知CTD軟件是展示換熱器性能的有效工具。數(shù)值模擬研究方法主要集中在下面兩個方面：（1）幾何參數(shù)對換熱及流動的影響；（2）雷諾數(shù) Re 對換熱及流動的影響。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 ，并將不同實驗參數(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，這與他們的實驗[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。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。黃小輝、畢小平[27]等人通過建立一個板翅式機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。總之，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)計計算使用的擬合關(guān)聯(lián)式卻很有限．因此，應(yīng)用計算流體力學(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。然而實驗只在一定范圍內(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。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值。當(dāng)蒸發(fā)器采用變翅片間距結(jié)構(gòu)時，實際上已構(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，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化。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。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。同時，因為采用變螺距，沿著流體流動方向螺距從大變小，這樣可增強流體的擾動，強化流體的換熱系數(shù)。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。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%。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%。：（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)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)翅片艱巨對傳熱的影響依賴于臨界雷諾數(shù)Re。Wang[15]的研究表明，翅片間距對傳熱的影響忽略不計，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%。結(jié)果表明，迎風(fēng)側(cè)的強化傳熱成都高于被背風(fēng)側(cè)。管排數(shù)大于4時，翅片間距對傳熱壓漿的影響趨勢相反。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)來強化傳熱，但目前多沖縫角與片寬還沒有更深入的研究。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)。翅片間距對換熱因子的影響可以忽略不計。當(dāng)N≥4時，翅片間距對換熱的影響正好相反。例如：翅片間距Fp==%~50%。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。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。這是由于渦流的脫落造成。2)對于百葉窗形翅片。但Dc==%~15%。如：對百葉窗翅片，當(dāng)迎面風(fēng)速Vfr，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。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。圖1是平直翅片翅管式換熱器的簡圖。其關(guān)于因子的關(guān)系式為[7]： （31） （32）把Gray和Webb[7]的經(jīng)驗關(guān)系式用于較小的管徑結(jié)果并不好。文獻(xiàn)[8]提供的空氣壓縮機中冷器的管徑為8mm，10mm，12mm和14mm。當(dāng)管束列數(shù)較大翅片距較小時，在低雷諾數(shù)區(qū)域管束列數(shù)對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溫度，因此濕蒸汽會在翅片上凝結(jié)。 因子的經(jīng)驗關(guān)系式為： （316） （317） 范寧（Fanning）摩擦因子的經(jīng)驗關(guān)系式為： （318） （319） (320) (321) （322）在文獻(xiàn)[5]中，Wang等人指出，在低雷諾數(shù)時，平直翅片管翅式換熱器的最大因子發(fā)生在較大的管子列數(shù)和較小的翅片間距；試驗數(shù)據(jù)表明管束列數(shù)對因子的影響很小。當(dāng)(2～3)103時，隨著翅片距的增加，換熱系數(shù)是增加的，并且隨著的增加，翅片距對換熱效果的影響逐漸增強。何江海在文獻(xiàn)[11]中對平直翅片管翅式換熱器進(jìn)行了數(shù)值分析。波紋翅片有兩種形式：人字形波紋翅片和光滑波紋翅片，如圖2所示：（a）人字形波紋翅片 （b）光滑波紋翅片圖2 波紋翅片示意圖由于空冷器的熱阻主要是在空氣側(cè)，它占了熱阻的85％甚至更多。Wang等人對管束列數(shù)和翅片的排列形式進(jìn)行了研究[14]。對于2列、3列和4列管束來說，當(dāng)雷諾數(shù)小于900時，試驗數(shù)據(jù)顯示隨著管束列數(shù)的減少換熱系數(shù)稍稍有點增大。這樣管束列數(shù)的影響就顛倒過來。以順排方式排列的傳熱特性與以錯排方式排列換熱器換熱效果不同有兩個原因：（1）在低雷諾數(shù)區(qū)域傳熱邊界層增加，并且在高雷諾數(shù)區(qū)域傳熱邊界層被破壞，（2）較小的旁通空氣流量。Wang等人通過對人字形波紋翅片進(jìn)行試驗研究[18]，指出隨著波紋翅片傾角的增大換熱效果顯著增強，但是相應(yīng)地壓力損失也特別的高，這也是商業(yè)所用的波紋翅片傾斜的角度一般不會超過20176。2排管時，翅片間距越小數(shù)越大；3排管時翅片間距的影響很小；而對4排管時，當(dāng)數(shù)較高時，但在小數(shù)時3種翅片距的差別減小。從阻力特性來看，翅片距為2mm時，2列管束的阻力系數(shù)明顯高于3列和4列管束時的值，而對其他兩種翅片距，管束列數(shù)的影響很小。 百葉窗翅片經(jīng)驗關(guān)系式的總結(jié)為了有效的提高管翅式換熱器的整體效果，通常也采用非連續(xù)表面來進(jìn)行強化傳熱，百葉窗翅片就是非連續(xù)表面的代表形式。圖3 百葉窗翅片示意圖Wang等人在文獻(xiàn)[34]中對百葉窗翅片提出了如下的經(jīng)驗關(guān)系式：當(dāng)時， （370） （371） （372） （373） （374）當(dāng)時， （375） （376） （377） （378） （379）摩擦因子的關(guān)系式如下：當(dāng)時， （380） （381） （382） （383） （384）當(dāng)時， （385） （386） （387） （388） （389） （390）對于典型的空氣調(diào)節(jié)換熱器，例如風(fēng)機盤管機組或者蒸發(fā)器等，他們表面的溫度有可能工作在相對應(yīng)的露點溫度之下，熱量傳遞和質(zhì)量傳遞同時在表面發(fā)生，并且水冷凝也會發(fā)生。這是因為當(dāng)雷諾數(shù)較小時，下游的擾動趨于消除，并且在圓管后面有漩渦形成。張慕瑾等[29]對3種不同管束列數(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，管束列數(shù)越少，對流換熱的換熱系數(shù)越大。這是因為沿流動方向上翅片的邊界層厚度是增加的， 從而導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)沿流動方向減小。并在Nakayama和Xu[31]的關(guān)系式的基礎(chǔ)上又提出了一個更廣范圍的經(jīng)驗關(guān)系式： （3109） （3110） （3111） （3112） （3113） （3114） （3115） 然而對開縫翅片的換熱特性和阻力特性公開發(fā)表的文獻(xiàn)極少，Wang等人[34]又通過對更多的開縫翅片形式進(jìn)行了試驗研究，在文獻(xiàn)[18]和文獻(xiàn)[34]中提出了更加完善的經(jīng)驗關(guān)系式。李嫵在文獻(xiàn)[9]中指出在相同的數(shù)和沖擊角下，隨著翅片間距的增加，換熱和阻力系數(shù)均下降；相同的數(shù)和沖擊角下，隨著析濕系數(shù)的增加，換熱性能是增加的，但對阻力系數(shù)的影響不明顯。把四種翅片形式選定的經(jīng)驗關(guān)系式綜合在一起，如下所示。再由圖圖圖10和圖12可以看出，開縫翅片的值比百葉窗翅片的值要更好一些。文獻(xiàn)[36]中指出：波紋狀翅片在因子和因子方面都有了一定的改進(jìn)，百葉窗狀翅片在換熱系數(shù)上有很好的改進(jìn)，壓頭損失在很大程度上依賴于百葉窗翅片的高度，因此百葉窗翅片需要一個嚴(yán)格的尺寸控制。因此在這幾種翅片形式上，百葉窗翅片的性能最好。文獻(xiàn)[37]，管束為兩列，錯排方式排列。因此，只有能夠按照要求合理地進(jìn)行設(shè)計，開縫翅片一定能夠表現(xiàn)出較好的換熱和阻力效果。換熱器的應(yīng)用范圍十分廣闊，隨著我國工業(yè)、科技及制造技術(shù)的飛速發(fā)展，加強管翅式換熱器的制造技術(shù)與深入研究起流動換熱性能是非常必要的。流體機械，1994， 22(6)：3438【9】康海軍，李嫵，李惠珍等。風(fēng)冷式平直翅片管換熱器的數(shù)值分析。順排與叉排套片式換熱器的熱力性能對比