【正文】 順排與叉排套片式換熱器的熱力性能對(duì)比研究。流體機(jī)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(jìn)行設(shè)計(jì)，開(kāi)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(kāi)縫翅片的值比百葉窗翅片的值要更好一些。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(duì)阻力系數(shù)的影響不明顯。這是因?yàn)檠亓鲃?dòng)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(dòng)方向減小。這是因?yàn)楫?dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，下游的擾動(dòng)趨于消除，并且在圓管后面有漩渦形成。 百葉窗翅片經(jīng)驗(yàn)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(lái)進(jìn)行強(qiáng)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(shí)，翅片間距越小數(shù)越大；3排管時(shí)翅片間距的影響很小；而對(duì)4排管時(shí)，當(dāng)數(shù)較高時(shí)，但在小數(shù)時(shí)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(cuò)排方式排列換熱器換熱效果不同有兩個(gè)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(duì)于2列、3列和4列管束來(lái)說(shuō)，當(dāng)雷諾數(shù)小于900時(shí)，試驗(yàn)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(diǎn)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(dāng)(2～3)103時(shí)，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(duì)換熱效果的影響逐漸增強(qiáng)。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)。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。圖1是平直翅片翅管式換熱器的簡(jiǎn)圖。如：對(duì)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。2)對(duì)于百葉窗形翅片。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。例如：翅片間距Fp==%~50%。翅片間距對(duì)換熱因子的影響可以忽略不計(jì)。開(kāi)縫翅片利用間斷表面來(lái)一直邊界層的增長(zhǎng)及沖條的前緣效應(yīng)來(lái)強(qiáng)化傳熱，但目前多沖縫角與片寬還沒(méi)有更深入的研究。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)。：（1） 平直翅片康海軍[9]對(duì)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(duì)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(jìn)行研究，認(rèn)為波紋翅片的傳熱比平直翅片提高45%。同時(shí)，因?yàn)椴捎米兟菥?，沿著流體流動(dòng)方向螺距從大變小，這樣可增強(qiáng)流體的擾動(dòng)，強(qiáng)化流體的換熱系數(shù)。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(shí)，管外的對(duì)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(dòng)，而且對(duì)相變換熱也有很大的價(jià)值?？傊晒┦褂玫亩喾N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(dòng)可視化技術(shù)和模擬測(cè)試來(lái)研究翅片換熱和流動(dòng)的本質(zhì)，并建立 j 因子和 f 因子數(shù)據(jù)庫(kù)將是今后十分重要的工作。通過(guò)對(duì)傳熱系數(shù)，Nu數(shù)，壓降以及渦量分布的對(duì)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(dòng)，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(shí)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(gè)方面：（1）幾何參數(shù)對(duì)換熱及流動(dòng)的影響；（2）雷諾數(shù) Re 對(duì)換熱及流動(dòng)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(shí)考慮空氣與水側(cè)流動(dòng)特性的情況存在不同，從數(shù)、翅片間距、管徑尺寸、翅片長(zhǎng)度和翅片厚度等幾個(gè)方面討論，得出換熱值更加精確，更好的預(yù)測(cè)換熱性能，該文章的模擬效果更接近實(shí)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(duì)翅片管換熱器的入口處中氣流動(dòng)損失進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)入口交氣流動(dòng)損失量與通過(guò)換熱器的中氣平均速度無(wú)關(guān)，而與入口處空氣和進(jìn)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(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。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(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。176。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。因此，在換熱器的生產(chǎn)及研究開(kāi)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。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)崞鞯龋皇突すI(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。heat exchanger, finandtube西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不同翅片形式管翅式換熱器流動(dòng)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(kāi)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(dāng)?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(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。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(shí)驗(yàn)表明：翅片類(lèi)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。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)。2007年，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。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。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。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。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。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)。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(duì)3種結(jié)構(gòu)的開(kāi)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。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。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。 2影響翅片換熱和壓降性能的主要結(jié)構(gòu)因素對(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。對(duì)于間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片)。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。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。當(dāng)ReDc2000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。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=，管排間距對(duì)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(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。Wang等人在文獻(xiàn)[2]中給出以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式： 對(duì)于管束列數(shù)時(shí)， （34） （35） （36）對(duì)于管束列數(shù)時(shí)， （37） （38） （39） （310） （311）摩擦因子的經(jīng)驗(yàn)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(shí)，翅片距對(duì)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(yàn)關(guān)系式里沒(méi)有考慮進(jìn)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(qiáng)化換熱表面。當(dāng)雷諾數(shù)大于900時(shí)，換熱系數(shù)隨著管束列數(shù)增大而增加。文獻(xiàn)[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(shí)的差距要小一些。百葉窗翅片可應(yīng)用到汽車(chē)方面，比如說(shuō)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(dāng)雷諾數(shù)小于2000時(shí)，管束列數(shù)對(duì)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(kāi)縫可以破壞翅片上的邊界層， 減小邊界層的厚度，起到強(qiáng)化換熱的作用。樊越勝[35]、。因此，在對(duì)壓降的要求比較嚴(yán)格，并且對(duì)換熱效果的要求也有限制時(shí)，可以選用開(kāi)縫翅片。 但是，文獻(xiàn)[36]沒(méi)有比較百葉窗翅片和開(kāi)縫翅片的換熱和阻力特性，文獻(xiàn)[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(dòng)換熱性能的比較，首先進(jìn)行了平直翅片、波紋翅片、開(kāi)縫翅片及百葉窗翅片管翅式換熱器相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的總結(jié)和整理，再對(duì)每種翅片的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行取值、計(jì)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(jìn)行直觀的對(duì)比，可以比較出哪種關(guān)聯(lián)式的實(shí)用性最強(qiáng)，最后，選出四種翅片的最優(yōu)的關(guān)聯(lián)式再進(jìn)行比較，利用相同質(zhì)量流量準(zhǔn)則、相同泵功率準(zhǔn)則、相同壓降準(zhǔn)則。平直翅片管換熱器傳熱與阻力特性的試驗(yàn)研究。中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，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(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(5)：429432【13】歐陽(yáng)新萍，熊高鵬。雙U型管中冷器在微型兩級(jí)風(fēng)冷式空氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用。但是由于開(kāi)縫翅片結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的工作一般也僅限于試驗(yàn)研究方面。而翼狀翅片在因子和因子的改進(jìn)上都沒(méi)有很好的效果。