【正文】 e數(shù)變化范圍從500到900，空氣側(cè)換熱系數(shù)會(huì)降低大約10%。與順排換熱器相比，叉排換熱器提高了換熱性能。2009年，Naphon[50]模擬研究波紋片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)溫度和流動(dòng)分的影響。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。2010印，BoiTajoPelaez等[44]對(duì)平翅片管空氣側(cè)換熱特性模擬。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。作者研究了在翅片表面開廠角翼處理，這一設(shè)計(jì)形成的縱向禍流促使冷熱流體的混合，強(qiáng)化了換熱。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)值傳熱學(xué)的基本思想是把原來在空間與時(shí)間坐標(biāo)中連續(xù)的物理量的場(chǎng)（例如速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)，濃度場(chǎng)等），用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的值的集合來代替，通過一定的原則建立起這些離散點(diǎn)變量值之間關(guān)系的代數(shù)方程（稱為離散方程）。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。王先超、水黎明[40]等人，通過對(duì)波紋翅片數(shù)值模擬的分析，得出了影響波紋翅片換熱因子j和阻力因子f 的因素，同時(shí)把不同雷諾數(shù)Re下的波紋翅片與矩形翅片（即平直翅片）、矩形開縫翅片（平直翅片開縫得到）進(jìn)行了分析比較。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。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。通過對(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。在相同的模擬條件下，人字形翅片的換熱性能高于波浪形翅片，但是阻力損失卻相差不大，波浪形翅片在減少流動(dòng)損失方面沒有很大的優(yōu)勢(shì)。黃小輝、畢小平[27]等人通過建立一個(gè)板翅式機(jī)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。采用標(biāo)準(zhǔn) kε湍流模型和 SIMPLE 算法求解三維NavierStokes方程，模擬和分析了板翅式散熱器雙通道不同參數(shù)對(duì)翅片表面?zhèn)鳠崤c流動(dòng)阻力的影響，發(fā)現(xiàn)：阻力系數(shù)隨著進(jìn)口流速的增大而減小?？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(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)庫將是今后十分重要的工作。(2)多數(shù)文獻(xiàn)中針對(duì)管排數(shù)較少的翅片管換熱器研究，而對(duì)多管排形式下的翅片管換熱器研究較少。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。直至目前，這一方法仍是所有各種管式換熱面強(qiáng)化傳熱方法中運(yùn)用的最為廣泛的一種。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。本方法適用于將該換熱器用于低溫制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。當(dāng)蒸發(fā)器采用變翅片間距結(jié)構(gòu)時(shí)，實(shí)際上已構(gòu)成了翅片的錯(cuò)列分布，當(dāng)空氣橫掠錯(cuò)列翅片時(shí)，翅片的交錯(cuò)分布使得上游翅片對(duì)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(qiáng)，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(qiáng)化。加強(qiáng)管內(nèi)流體流動(dòng)，管內(nèi)壁加工變螺距內(nèi)螺紋。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。目前，已經(jīng)開發(fā)出了針狀翅片、波紋翅片、百葉窗翅片、三角形翅片、單面開槽條形片、裂齒矩形翅片等等。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)逐漸增厚的過程。同時(shí)溝槽和凸肋對(duì)流體的限流作用有助于邊界層的減薄，而繞流作用使流體產(chǎn)生軸向旋渦，可致使邊界層分離，流體主體徑向溫度梯度減小，有助于熱量傳遞的進(jìn)行。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)。常用的有平直翅片、百葉窗翅片、條縫翅片和波紋翅片。Sparrow[31]在研究此問題時(shí)指出，邊界層的發(fā)展是制約但排灌換熱特性的重要因素。Ricardo[51]也對(duì)板間的流體行為進(jìn)行了三維模擬，他借助可視化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，揭示了翅片間距對(duì)流動(dòng)及傳熱行為的不用影響趨勢(shì)，對(duì)于一定的約束條件，翅片間距存在強(qiáng)化傳熱的最佳值。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%。DeJong[33]等人研究發(fā)現(xiàn)，流體通過條縫后漩渦首先在下游出現(xiàn)，隨著Re的下降而下降。時(shí)，傳熱可提高20%左右，阻力比沒有漩渦發(fā)生器時(shí)增加了10%。起渦器，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻力將降低34%~55%。：（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。何江海則進(jìn)行雙排管整體翅片的數(shù)值模擬，得到了速度與壓力場(chǎng)分布，~，對(duì)流給熱系數(shù)及壓降均隨流速呈線性增長(zhǎng)。Wang[15]的研究表明，翅片間距對(duì)傳熱的影響忽略不計(jì)，但對(duì)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%。對(duì)于強(qiáng)化傳熱的機(jī)理，一般認(rèn)為，波紋翅片可以降低臨街Re，引入緋聞太流動(dòng)提高了流體微元的局部混合及分布的橫向均勻性。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)。(4) 開縫翅片Wang[15]研究了12種開縫翅片結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)翅片間距對(duì)傳熱和壓降有顯著影響。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。當(dāng)Re2000時(shí)，單排管換熱性能大于多排管。開縫翅片利用間斷表面來一直邊界層的增長(zhǎng)及沖條的前緣效應(yīng)來強(qiáng)化傳熱，但目前多沖縫角與片寬還沒有更深入的研究。當(dāng)管排數(shù)(N≥4)時(shí)候，空氣流通過換熱器時(shí)，將產(chǎn)生周期性的變化，并且產(chǎn)生渦流。Torikoshi[29]etal(1994)曾對(duì)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(gè)流場(chǎng)將保持平穩(wěn)和層流的狀態(tài)。由此也證實(shí)了實(shí)驗(yàn)研究的正確性。翅片間距對(duì)換熱因子的影響可以忽略不計(jì)。由于兩者雖然在換熱機(jī)理上相同，但其換熱特性與壓降特性也有不同之處。當(dāng)N≥4時(shí)，翅片間距對(duì)換熱的影響正好相反。對(duì)百葉窗式翅片：在干工況下，翅片間距對(duì)壓降特性的影響相對(duì)較小。例如：翅片間距Fp==%~50%。Xietal(1997)指出在低雷諾數(shù)的情況下，由于流速場(chǎng)和溫度場(chǎng)均保持層流，因此在任意翅片間距下，換熱系數(shù)將隨著管排數(shù)的增加而減小。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。對(duì)于波紋形翅片：1)對(duì)錯(cuò)排管布置，低雷諾數(shù)下管排數(shù)沒有對(duì)換熱系數(shù)和摩擦系數(shù)有明顯的影響。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。間斷式翅片(條縫形翅片和百葉窗翅片)：對(duì)于條縫形翅片：當(dāng)Re1000時(shí)，第一排管的換熱性能大于其它的管子。這是由于渦流的脫落造成。但是Re1000時(shí)，翅片間距Fp=，換熱特性會(huì)隨著管排數(shù)的增加急劇降低。2)對(duì)于百葉窗形翅片。當(dāng)ReDc2000時(shí)，管排數(shù)的影響相對(duì)較小。但Dc==%~15%。換熱系數(shù)隨著換熱管管徑的減小而增大。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。對(duì)間斷式翅片表面的研究發(fā)現(xiàn)，百葉窗翅片，在干工況下縱向管排間距Pl=22mm和P1=，但Pl=22mm的壓降損失要比Pl=%~12%，如：雷諾數(shù)Re=1000時(shí)，Pl=22mm的摩擦系數(shù)要比Pl=%。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。強(qiáng)化翅片表面相比較平直翅片來說能夠顯著增強(qiáng)換熱系數(shù)，但是平直翅片仍然應(yīng)用的最為廣泛，這是因?yàn)槠街背崞谄溟L(zhǎng)期運(yùn)行過程中的可靠性和低阻力特性。圖1是平直翅片翅管式換熱器的簡(jiǎn)圖。Gray和Webb[7]的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式對(duì)摩擦因子的預(yù)測(cè)能力有了很大的提高，而換熱經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式主要還是McQuiston[6]提出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的內(nèi)容。其關(guān)于因子的關(guān)系式為[7]： （31） （32）把Gray和Webb[7]的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式用于較小的管徑結(jié)果并不好。Wang[15]等人指出，小管徑、小縱向管間距和小橫向管間距的翅管式換熱器現(xiàn)在越來越流行，這是因?yàn)樗軌蝻@著提高熱工水力特性和節(jié)約能源。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。但是，當(dāng)或2并且時(shí)，換熱系數(shù)隨著翅片距的減小而增加，當(dāng)時(shí)，翅片距對(duì)換熱效果的影響可以忽略。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。管徑對(duì)換熱系數(shù)的影響是非常小的[3]。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)。但是進(jìn)口環(huán)境對(duì)摩擦因子的影響與對(duì)換熱效果的影響相反，對(duì)于小翅片距進(jìn)口環(huán)境對(duì)摩擦因子的影響很大。 因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： （316） （317） 范寧（Fanning）摩擦因子的經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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(yàn)數(shù)據(jù)表明管束列數(shù)對(duì)因子的影響很小。其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： （323） （324）在國內(nèi)，康海軍[9]研究了3種翅片間距（、）和3種管束列數(shù)（分別為4）的9個(gè)平直翅片管翅式換熱器的換熱和阻力特性。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)?？岛＼奫919]還對(duì)管數(shù)列數(shù)的影響進(jìn)行了分析，他認(rèn)為＝560～104范圍內(nèi)，相同翅片距下，2列管束的換熱性能優(yōu)于3列管束和4列管束，而3列管束和4列管束的換熱性能沒有明顯的差別；在相同的翅片距下，不同的管束列數(shù)的阻力系數(shù)相當(dāng)接近，在工程計(jì)算所允許的誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為管束列數(shù)對(duì)阻力系數(shù)沒有什么影響。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。對(duì)上述公式進(jìn)行比較，如表1所示，發(fā)現(xiàn)表1中公式2對(duì)于平直翅片管翅式換熱器的換熱特性和阻力特性描述的最好。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。波紋翅片是用來提高換熱效果的幾種常用翅片形式之一。Wang等人對(duì)管束列數(shù)和翅片的排列形式進(jìn)行了研究[14]。1列管束的因子相比多列管束來說較低，這是因?yàn)閷?shí)際上1列管束并沒有以錯(cuò)排方式來排列。對(duì)于2列、3列和4列管束來說，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。其原因是在高雷諾數(shù)區(qū)域時(shí)，下游空氣能夠混合的更好。這樣管束列數(shù)的影響就顛倒過來。對(duì)于管束以順排方式排列時(shí)，管束列數(shù)對(duì)因子的影響很小，然而相比較錯(cuò)排方式，管束列數(shù)對(duì)換熱系數(shù)的影響卻很大。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。文獻(xiàn)給出關(guān)于因子和因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： （327） （328）Wang等人對(duì)較小管徑的波紋翅片管換熱器[15]和較大管徑的波紋翅片管換熱器[16]進(jìn)行了研究，給出了相應(yīng)的換熱效果和阻力特性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。Wang等人通過對(duì)人字形波紋翅片進(jìn)行試驗(yàn)研究[18]，指出隨著波紋翅片傾角的增大換熱效果顯著增強(qiáng)，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(huì)超過20176。文獻(xiàn)[18]給出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：當(dāng)時(shí)， (351） （352） （353）