【正文】 順排與叉排套片式換熱器的熱力性能對比研究。流體機械，1994， 22(6)：3438【9】康海軍，李嫵，李惠珍等。因此，只有能夠按照要求合理地進行設(shè)計，開縫翅片一定能夠表現(xiàn)出較好的換熱和阻力效果。因此在這幾種翅片形式上，百葉窗翅片的性能最好。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。李嫵在文獻[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。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。這是因為當雷諾數(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。 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)表面來進行強化傳熱，百葉窗翅片就是非連續(xù)表面的代表形式。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??；而對4排管時，當數(shù)較高時，但在小數(shù)時3種翅片距的差別減小。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。對于2列、3列和4列管束來說，當雷諾數(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。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。當(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。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)。文獻[8]提供的空氣壓縮機中冷器的管徑為8mm，10mm，12mm和14mm。圖1是平直翅片翅管式換熱器的簡圖。如：對百葉窗翅片，當迎面風速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。2)對于百葉窗形翅片。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。例如：翅片間距Fp==%~50%。翅片間距對換熱因子的影響可以忽略不計。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。結(jié)果表明，迎風側(cè)的強化傳熱成都高于被背風側(cè)。：（1） 平直翅片康海軍[9]對9種平直翅片管的傳熱與阻力進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)翅片艱巨對傳熱的影響依賴于臨界雷諾數(shù)Re。Goldstein[31]采用質(zhì)熱比擬技術(shù)進行研究，認為波紋翅片的傳熱比平直翅片提高45%。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)。當管內(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。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?？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(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。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。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。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。與順排換熱器相比，叉排換熱器提高了換熱性能。2001年，Meyer[42]又對翅片管換熱器的入口處中氣流動損失進行實驗研究，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口的傾斜角有關(guān)。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)的翅片管換熱器進行實驗，風速范圍內(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。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。 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。176。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。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，對它的綜合性能也提出了更高的要求。例如，過路熱力系統(tǒng)中的過熱器、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、回熱器等；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)用的大量實例。heat exchanger, finandtube西安石油大學畢業(yè)設(shè)計（論文）不同翅片形式管翅式換熱器流動換熱性能比較摘 要：隨著制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展,人們已經(jīng)把注意力集中在高效、節(jié)能節(jié)材的緊湊式換熱器的開發(fā)上,而翅片管式換熱器正是制冷、空調(diào)領(lǐng)域中所廣泛采用的一種換熱器形式。heat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。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。在芯體的兩段配置適當?shù)牧黧w出入口封頭，即可組裝成完整的管翅式換熱器。C管翅式換熱器換熱過程：制冷劑(高溫)通過銅管將熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給管外的翅片，翅片將熱量以對流的方式傳遞給其表面的的冷空氣(常溫)，通過不停吹入新的冷空氣達到增強冷卻的目的。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。實驗表明：翅片類型影響換熱因子和摩擦因子，管排數(shù)對阻力系數(shù)幾乎無影響。利用實驗結(jié)果總結(jié)出無量綱壓降報尖系數(shù)。2007年，Sahin等[1]三維數(shù)值模擬研究平翅片管換熱器進口角度和換熱特性的關(guān)系。由于設(shè)備運行中熱量散失增加，需要研究新方法提高冷凝器的換熱性能。通過數(shù)值模擬可以得到整個流場的基本信息，再通過計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)進行對比觀察，得到所要結(jié)果。隨著風速的增加，翅片表面的換熱系數(shù)、Nu 數(shù)以及壓降也隨之增加。從上述的文獻綜述可看出，大量學者對翅片管換熱器的換熱特性進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理研究不夠。通過調(diào)整換熱器的翅片間距，設(shè)計成為變翅片間距，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對其換熱性能與改進前換熱器進行對比計算，提高了換熱器的傳熱系數(shù)。采用擴展表面，對于縮小換熱器體積，提高換熱器效率有很重要的作用。 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。Nakayama[31]對3種結(jié)構(gòu)的開縫翅片進行實驗研究，得到了傳熱和流阻的關(guān)聯(lián)式。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。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，因為換熱強度的微弱提高不能補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。 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。對于間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片)。對于平翅片：對于管排數(shù)N=1，2，or4時，當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。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。當ReDc2000時，管排數(shù)對換熱特性有顯著的影響，換熱因子會隨著管排數(shù)的增加而減小。對于平翅片：實驗發(fā)現(xiàn)縱向管排間距Pl=22mm的壓降與Pl=，管排間距對換熱特性和壓降特性的影響有大。圖1 平直翅片翅管式換熱器簡圖關(guān)于以錯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)測能力非常有限。Wang等人在文獻[2]中給出以下經(jīng)驗關(guān)系式： 對于管束列數(shù)時， （34） （35） （36）對于管束列數(shù)時， （37） （38） （39） （310） （311）摩擦因子的經(jīng)驗公式為： （312） （313） （314） （315）Wang 等人[14]和 Rich[28]都指出換熱器管束為4列時，翅片距對于平直翅片翅管式換熱器的換熱效果的影響很小。Wang ，因此因子的經(jīng)驗關(guān)系式里沒有考慮進口環(huán)境的影響。在相同的數(shù)下，翅片距越小，阻力系數(shù)越大；在相同的翅片距下，隨著數(shù)的增加，阻力系數(shù)曲線逐漸趨于平坦。因此，為了有效地提高換熱效果和減小空冷器的尺寸和重量，常常用到強化換熱表面。當雷諾數(shù)大于900時，換熱系數(shù)隨著管束列數(shù)增大而增加。文獻[14]還指出，波紋翅片的傳熱效率相比較平直翅片的換熱效率增加了55％到70％，但是摩擦因子惡化的程度更高，增加了66％到140％。翅片距為2mm的數(shù)與相同管束列數(shù)下其他兩種翅片距的數(shù)的差別比平直翅片時的差距要小一些。百葉窗翅片可應(yīng)用到汽車方面，比如說散熱器、冷凝器和蒸發(fā)器等，在住宅用空調(diào)系統(tǒng)方面也有廣泛的應(yīng)用。因此當雷諾數(shù)小于2000時，管束列數(shù)對換熱系數(shù)有顯著的影響，六列管的換熱系數(shù)有顯著的減小。 在翅片上開縫可以破壞翅片上的邊界層， 減小邊界層的厚度，起到強化換熱的作用。樊越勝[35]、。因此，在對壓降的要求比較嚴格，并且對換熱效果的要求也有限制時，可以選用開縫翅片。 但是，文獻[36]沒有比較百葉窗翅片和開縫翅片的換熱和阻力特性，文獻[37]在這方面做了一定的研究。 結(jié)論本文研究了不同翅片形式管翅式換熱器流動換熱性能的比較，首先進行了平直翅片、波紋翅片、開縫翅片及百葉窗翅片管翅式換熱器相關(guān)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式的總結(jié)和整理，再對每種翅片的關(guān)聯(lián)式進行取值、計算，并利用Oringin軟件做出傳熱因子j、摩擦因子f和j/f關(guān)于雷諾數(shù)Re的數(shù)據(jù)線，進行直觀的對比，可以比較出哪種關(guān)聯(lián)式的實用性最強，最后，選出四種翅片的最優(yōu)的關(guān)聯(lián)式再進行比較，利用相同質(zhì)量流量準則、相同泵功率準則、相同壓降準則。平直翅片管換熱器傳熱與阻力特性的試驗研究。中國動力工程學報，2004，25(2)：271274【14】C. C. Wang, W. L. Fu, C. T. Chang. Heat Transfer and Friction Characteristics of Typical Wavy FinandTube Heat Exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science 1997, 14:174186【15】C. C. Wang, J. Y. Jang, N. F. Chiou. A heat transfer and friction correlation for wavy finandtube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer 42（1999）19191924【16】Wang CC, Lin YT, Lee CJ. An investigation of wavy finand tube heat exchangers。上海理工大學學報，2004，26(5)：429432【13】歐陽新萍，熊高鵬。雙U型管中冷器在微型兩級風冷式空氣壓縮機上的應(yīng)用。但是由于開縫翅片結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化的工作一般也僅限于試驗研究方面。而翼狀翅片在因子和因子的改進上都沒有很好的效果。