【正文】 風(fēng)冷式平直翅片管換熱器的數(shù)值分析。文獻(xiàn)[37]，管束為兩列，錯(cuò)排方式排列。把四種翅片形式選定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式綜合在一起，如下所示。張慕瑾等[29]對(duì)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(duì)流換熱的換熱系數(shù)越大。從阻力特性來(lái)看，翅片距為2mm時(shí)，2列管束的阻力系數(shù)明顯高于3列和4列管束時(shí)的值，而對(duì)其他兩種翅片距，管束列數(shù)的影響很小。這樣管束列數(shù)的影響就顛倒過(guò)來(lái)。何江海在文獻(xiàn)[11]中對(duì)平直翅片管翅式換熱器進(jìn)行了數(shù)值分析。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。這是由于渦流的脫落造成。當(dāng)N≥4時(shí)，翅片間距對(duì)換熱的影響正好相反。管排數(shù)大于4時(shí)，翅片間距對(duì)傳熱壓漿的影響趨勢(shì)相反。時(shí)，傳熱可提高20%左右，阻力比沒(méi)有漩渦發(fā)生器時(shí)增加了10%。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(gè)逐漸增厚的過(guò)程。然而實(shí)驗(yàn)只在一定范圍內(nèi)對(duì)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(duì)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。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(duì)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(dòng)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(duì)翅片表面換熱與流動(dòng)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(shuō)明了：將數(shù)值模擬方法應(yīng)用于翅片表面換熱和流動(dòng)特性研究是可行的。所以，V型波紋片是增強(qiáng)換熱和加強(qiáng)換熱器緊密性的好方法。Atkinson等[49]對(duì)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。平直翅片加工制造方便、不易發(fā)生變形及裝配簡(jiǎn)單。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。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。本文概述目前國(guó)內(nèi)外空調(diào)制冷行業(yè)中的普遍采用的幾種不同翅片類型（平直翅片、波紋翅片、開縫翅片、百葉窗形翅片）的換熱及壓降實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式及其影響因素，對(duì)不同翅片形式的管翅式換熱器的換熱及壓降特性的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)不同翅片的流動(dòng)換熱性能進(jìn)行了比較。 Heat transfer and flow characteristics。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。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。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?？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。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。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。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。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)。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)，~。但當(dāng)Fp/D=，在管子后的渦流的橫向?qū)挾葘@著增加。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。管徑越大的，造成的管后的無(wú)效面積也越大。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： （33）其中，是基于tube collar diameter的雷諾數(shù)。對(duì)于6列管子的換熱器，當(dāng)雷諾數(shù)低于2000時(shí)，換熱系數(shù)有了很大的減小，而當(dāng)雷諾數(shù)在2000到7500之間時(shí)，管束列數(shù)的影響消除了；對(duì)于平直翅片管翅式換熱器，翅片的厚度對(duì)于因子和因子的影響都可以忽略。當(dāng)管束以錯(cuò)排方式排列時(shí)，因子隨著雷諾數(shù)的增大而減小，并且除了管束為1列之外因子隨著管束列數(shù)的改變并沒(méi)有變化。的原因?？諝饬魍ㄟ^(guò)換熱器與水冷凝相結(jié)合使流動(dòng)形式變的非常復(fù)雜。在文獻(xiàn)[34]中，Wang等人[34]認(rèn)為對(duì)于管束列數(shù)為1時(shí)，換熱效果隨翅片距的減小而增強(qiáng)，但是當(dāng)管束列數(shù)大于2時(shí)，其結(jié)果剛好相反；當(dāng)時(shí)，換熱效果隨管束列數(shù)的增加而急劇減弱；當(dāng)時(shí)，管束列數(shù)對(duì)換熱效果的影響較小；對(duì)于較小開縫長(zhǎng)度的換熱器，管束列數(shù)的影響可以忽略；摩擦因子與管束列數(shù)的大小幾乎無(wú)關(guān)。在低雷諾數(shù)時(shí)相比較波紋狀翅片百葉窗狀翅片的換熱系數(shù)要大一些。通過(guò)研究、改進(jìn)管翅式換熱器的流動(dòng)換熱性能，會(huì)使我國(guó)工業(yè)節(jié)約大量的能源。12:73–89【17】Kim NH, Yun JH, Webb RL. Heat tr。對(duì)于上述四個(gè)翅片以及本文未討論及的換熱關(guān)聯(lián)式均是只進(jìn)行了十幾個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)歸納出來(lái)的，通用性還不能明確的確定，且換熱器翅片復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致關(guān)聯(lián)式較為復(fù)雜，運(yùn)算過(guò)程較不方便，需要進(jìn)一步的加強(qiáng)管翅式換熱器強(qiáng)化翅片的實(shí)驗(yàn)研究，以得出更為通用和簡(jiǎn)潔的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。試驗(yàn)結(jié)果討論了15種盤管模型，這些模型具有相同的管子和翅片的幾何形狀（25，2mm的翅片間距），但是翅片表面幾何形狀是不同的，分為平直翅片、波紋翅片、百葉窗翅片和翼狀翅片，得到了不同的換熱強(qiáng)化和壓力損失的評(píng)價(jià)，并且這些結(jié)論還依賴制造工藝的質(zhì)量。圖4 開縫翅片示意圖關(guān)于商用開縫翅片換熱器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)公開發(fā)表的非常有限，Nakayama和Xu[31]在八十年代初對(duì)3種不同類型的開縫翅片進(jìn)行了試驗(yàn)研究，基于他們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式[30]： （3104） （3105） （3106） （3107） （3108）由于Nakayama和Xu[31]的關(guān)系式的預(yù)測(cè)能力是很有限的，Wang等人[18]又對(duì)12種不同的開縫翅片進(jìn)行了試驗(yàn)研究，指出開縫翅片換熱器的換熱效果隨翅片距的減小而增強(qiáng)，但是當(dāng)管束列數(shù)不小于4時(shí)，其結(jié)果剛好相反；換熱效果隨管束列數(shù)的增加而減弱；摩擦因子與管束列數(shù)的大小幾乎無(wú)關(guān)。圖3是百葉窗翅片的示意圖。較小管徑波紋翅片管換熱器的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下[15]： （329） （330） （331） （332） （333） （334） （335） （336） （337）較大管徑波紋翅片管換熱器的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下[16]： （338） （339） （340） （340） （341） （342）文獻(xiàn)[17]給出了管束以不同排列方式分布的波紋翅片管換熱器換熱特性和阻力特性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，如下：當(dāng)管束以錯(cuò)派方式排列，＝1，2時(shí)， （343）當(dāng)，＝1，2時(shí)， （344）當(dāng) 3時(shí)， （345） （346） 對(duì)于管束以順排方式排列，關(guān)于因子和因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：當(dāng)，＝4時(shí)， （347）當(dāng)，＝2，3時(shí)， （348）當(dāng)，＝2，3，4時(shí)， （349） （350）其中，是指相對(duì)翅片面積的摩擦系數(shù)。波紋翅片表面能夠延長(zhǎng)空氣流動(dòng)的路徑，因此，相比較平直翅片來(lái)說(shuō)有更好的換熱效果。相對(duì)濕度對(duì)范寧（Fanning）摩擦因子的影響在摩擦因子經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式里由冷凝膜（condensate film）的雷諾數(shù)來(lái)表示。需要指出的是Gray 和Webb[7]的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式主要范圍是較大的管徑、較大的橫向管間距、較大的縱向管間距和較多列數(shù)的管束。對(duì)于平翅片：對(duì)于單排管和雙排管，Dc==。然而當(dāng)ReDc3000時(shí)，管排數(shù)對(duì)換熱的影響將減小。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(shí)翅片間距的對(duì)換熱系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)。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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)阻力系數(shù)的影響很小。：（1）平直翅片Rich[28]發(fā)現(xiàn)翅片間距對(duì)傳熱系數(shù)有著顯著的影響，而管排數(shù)對(duì)空氣壓降幾乎沒(méi)有什么影響。當(dāng)氣流通過(guò)蒸發(fā)器時(shí)，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(duì)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(zhǎng)其沖霜時(shí)間。兩者流動(dòng)與傳熱特性的差別，主要是因?yàn)槌崞鲌?chǎng)中漩渦的形成與脫落存在差異。2012年，Aslam Bhutta[43]總結(jié)CFD在換熱器研究領(lǐng)域的應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)模擬效染所使)U的算法。水在管內(nèi)流動(dòng)，交氣垂直流向管子，為獲得傳熱系數(shù)采用NTU法，給出了氣側(cè)壓降關(guān)于幾何參數(shù)的關(guān)聯(lián)式。利用熱線風(fēng)速儀技術(shù)得到平均速度值和流動(dòng)的湍流參數(shù)，由于凝結(jié)物的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有流動(dòng)干擾。結(jié)構(gòu)緊湊：板式換熱器板片緊密排列，與其他換熱器類型相比，板式換熱器的占地面積和占用空間較少，面積相同換熱量的板式換熱器僅為管殼式換熱器的1/5。這種形式的換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、裝配的特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于石油化工、航空、車輛、動(dòng)力機(jī)械、空分、深低溫領(lǐng)域、原子能和宇宙航天等工業(yè)部門。has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隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開發(fā)的合理性與有效性的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器性能的要求也日益增加。翅片除承擔(dān)主要的傳熱任務(wù)外，還起著兩隔板之間的加強(qiáng)作用，所以盡管翅片和隔板材料都很薄，但其強(qiáng)度很高，故能承受較高的壓力。1973年，Rich[28]實(shí)驗(yàn)研究14種不同結(jié)構(gòu)平翅片，結(jié)果表明，在其研究范文內(nèi)，翅片間距不影響傳熱效率，單根管子的壓降和管排數(shù)無(wú)關(guān)。增加翅片密度形式多樣，例如平翅片、條縫翅片、西葉窗翅片等等。2010印，BoiTajoPelaez等[44]對(duì)平翅片管空氣側(cè)換熱特性模擬。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(shuō)明改善換熱器換熱表面的幾何形狀對(duì)板翅式換熱器的性能影響至關(guān)重要。直至目前，