空调用空气换热翅片形式的选择.docVIP

空调用空气换热器翅片形式的选择 - 暖通论文 1.前言 　　在空调工程中，空气的加热和冷却处理过程中大量用到的翅片管换热器采用盘管形式，传热管束是用直径较小的紫铜管穿上铝翅片，排成2至8排制成管束。冷热水在管内为蛇形往复流动，空气在管外翅片间穿行，同时被加热或冷却。翅片采用整体式翅片形式，翅片片型有平板型、皱纹型（其中，波纹板应用最多）及开缝型（如条缝型、百叶窗型等）。 　　不同翅片形式的换热器，其空气侧换热系数及阻力特性均有所差异。大量的实验发现：在获得好的热交换特性的同时，不可避免地造成了摩阻的增加。在给定的热交换器尺寸和风机运行曲线下，压力损失的提高必然造成空气流速的降低，并进而使空气与翅片壁面之间的传热温差降低。其次，空调工程中所使用的大部分换热器都是干、湿工况交替运行的，而不同翅片换热器在湿工况下的换热及阻力特性与干工况下相比，有很大差异。因此，如何正确选用翅片形式，对热交换器实际工作特性的影响不容忽视，最好的是在换热与阻力损失之间找到一种折衷的方案。 　　2.干工况下各种翅片换热器的性能对比 　　2.1 换热系数和压降损失 　　Giovanni Lozza和Umberto Merlo［1］对翅距2mm，翅厚0.11mm，管间距25mm，排间距21.65mm的各种翅片进行了对比试验，试验时的迎面风速为1m/s到3m/s.表征空气侧换热强弱的Colburn j 因子和摩阻因子f 与Re数的关系。 　　表1 各种翅片形式 　　弧形百叶窗翅片的最优，其次为矩形百叶窗型、皱纹板型、波纹板型。究其原因为，光直翅片中，连续稳定的粘性层流层妨碍了流体与翅片的换热；波纹翅片破坏了连续稳定的粘性层流层，所以换热系数增大了；而开缝式翅片，不仅破坏了连续稳定的粘性层流层，而且大大增加了流道中的紊流度，从而使换热系数进一步增大。方形百叶窗和弧形百叶窗均是在翅片上开翻边槽，以此强化气流扰动，增强换热。弧形百叶窗型翅片的开槽是沿着铜管外壁进行的，这样的好处是气流可以在百叶窗型翻边的诱导下更大面积的冲刷到管后部，即减小铜管后部的尾流区域，强化换热。 　　百叶窗型的翅片可极大地改善热交换性能，特别是弧形百叶窗翅片可获得非常高的换热系数，几乎是波纹片的两倍。但引起的阻力损失也较大；影响大小与条缝高度有关。比如X1（开缝宽度为1mm）型翅片换热器，其换热特性与其他高度的相比并无明显提高，但阻力特性增长却比较明显，因此，百叶窗条缝高度应严格控制。 　　表2 各种翅片在迎面风速Vy＝2.5m/s时的性能参数对比 　　2.2 影响换热器性能的几何因素 　　2.2.1 翅片间距 　　关于翅片间距对换热性能的影响，Rich研究了管径为13.34mm，管间距为27.5mm， 　　排间距为31.75mm情况下的14种平板翅片盘管的情况。试验结果得到：4排管时，换热性能与翅片间距无关；每排管的压力降也与管排数无关。然而对1排或2排管，规律有所不同。ReDc＞5000时，涡流的影响占据了重要位置，翅片间距的影响可忽略。当ReDc＜5000时，热交换性能随翅片间距的减小而增大。Wang等人的试验也证实了此观点，同时还证实了对多排百叶翅片和波纹翅片换热器具有相同规律。研究发现：较高的空气流速和较大的管排数都会导致涡流区域的产生，因此，翅片间距对换热系数的影响均可忽略。 　　2.2.2 管排数 　　对于平板型翅片：在管排数较大、翅片间距较小，且雷诺数较低时，管排数对换热特性的影响才显著起来。当ReDc3000时，管排数对换热的影响将减小。 　　对于波纹形翅片：低雷诺数下，管排数对换热系数和摩擦系数没有明显的影响；而在高雷诺数下，换热系数会随着管排数的增加而增加。 　　对于开缝型翅片：低雷诺数下，管排数对换热系数有显著的影响，换热因子会随着管排数的增加而急剧降低；管排数对摩擦因子的影响相对较小。 　　2.2.3 管径 　　对于平板型翅片，管径越大的，造成管后的无效面积也越大。换热系数随着换热管管径的减小而稍有增大。比如，对于单排管和双排管，Dc=8.51mm时的换热系数比Dc=10.23mm的稍高；但Dc=10.23mm的压降却比Dc=8.51mm的要大10%-15%. 　　对于其它的翅片类型（波纹形翅片、条缝形翅片、百叶窗翅片），采用小管径，同样可以减小管排的拖曳作用，从而增大管外换热系数；并能够减小压降损失。如：对百叶窗翅片，当迎面风速Vfr1.5m／s时，采用小管径的多排管结构有利于提高换热器的换热性能，并能够减小10%的压降损失。 　　3.湿工况下翅片换热器的性能变化对湿工况下空气侧传热系数的报道一直存在争议。 　　例如，McQuiston（1978a）指出湿工况下空气侧换热系数较干工况下略低，而Eckels和Rabas（1987）却得到相反的结论。 　　K.Hong和