翅片管散熱器的管間距的影響

翅片管散熱器的銅管與鋁翅片之間容易發(fā)生電化學反應(yīng),在鋁翅片表面形成一層三氧化二鋁,增大換熱器傳熱熱阻,影響換熱器乃至整個空調(diào)系統(tǒng)的性能。對翅片管換熱器分別進行48h和96h的鹽霧腐蝕實驗,然后對腐蝕前后的實驗樣件測試其傳熱及壓降特性,結(jié)果表明,翅片管蒸發(fā)器經(jīng)鹽霧腐蝕以后,其風阻變化在5Pa以內(nèi),而換熱量最多會降低12.5%,總的傳熱系數(shù)最多會減少16.6%,傳熱熱阻最多會增加20%。
翅片管散熱器廣泛應(yīng)用于制冷、空調(diào)、石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。多年以來,對翅片管散熱器熱力性能的研究主要集中在強化傳熱方面,強調(diào)采用各種措施來較大限度地增強換熱能力,但是卻忽略了在增強換熱能力的同時有用功耗增大幅度可能會更大的不足
1998年,清華大學過增元院士及其合作者[1]利用能量方程在熱邊界層內(nèi)積分對邊界層的流動特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)減小速度矢量與溫度梯度之間的夾角是強化對流換熱的有效措施。同時他們又結(jié)合影響翅片管熱力性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù):翅片類型、翅片間距、管排數(shù)、管徑和管間距等,認為管間距是影響速度矢量和溫度梯度之間夾角的重要因素。許文[2]一書也敘述了管間距與換熱器整體性能之間的關(guān)系,并且陳述了一種等流速排列的概念,即通過調(diào)整管間距來使管間流通截面積相等,認為等流速排列避免了流體周期性的加速和減速,因而可以減少能量損失,實現(xiàn)節(jié)能。由此看來管間距對翅片管散熱器的性能影響是比較大的,因此對其研究有著重要意義。

(1)到目前為止,管束管間距排列對翅片管散熱器性能影響的研究已經(jīng)有了一定基礎(chǔ),但由于試驗條件的限制,大多數(shù)研究者的試驗范圍較窄,由于管束尺寸結(jié)構(gòu)不連續(xù),關(guān)聯(lián)式的擬合多少還存在著缺陷,試驗方法和數(shù)據(jù)處理方法的差異,以及不同的翅片及基管類型等因素導致了其所得關(guān)聯(lián)式和結(jié)論在實際工程應(yīng)用中受到限制,因此,需要對管束排列做進一步研究。

(2)由于翅片管型式的多樣性,還沒有形成統(tǒng)一的對比標準,所以還很難形成大家比較認同的統(tǒng)一結(jié)論,這一點從以上國內(nèi)外研究現(xiàn)狀中就可以看出。對于管間距對翅片管散熱器性能的影響,不同的基管、翅片型式、排列方式和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)所得到的試驗結(jié)論還難以做到統(tǒng)一。

(3)等流速排列方式是通過調(diào)整管間距來實現(xiàn)氣流流過管間截面速度近似相等,與常規(guī)的正三角形排列方式相比,其縱向管間距與橫向管間距之比較小。由于這種新型排列方式減小了速度脈動,從而流動阻力降低明顯。另外,該排列方式具有較好的速度場和溫度場協(xié)同性,對提高換熱器整體性能有重要意義。但是考慮到流過管束時氣流物性的變化和流態(tài)的復雜性,要想得到確切優(yōu)化管束排列參數(shù),還需要對等流速排列方式做進一步理論和試驗的研究。

(4)等流速排列方式等優(yōu)化的管束排列結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)滿足一定換熱要求下的低流動阻力特征,可節(jié)約能量,有著重要的應(yīng)用場合。比如電站的直接空冷系統(tǒng)的空冷器(為了節(jié)省風機的運行功率,要求翅片管空冷器的風阻較?。?/span>、用于汽車或飛機空氣動力性能試驗的大型風洞試驗系統(tǒng)中的翅片管散熱器(用于加熱或冷卻空氣,由于與試驗件串聯(lián),必須限制風阻)等等?？傊?在節(jié)能減排的大環(huán)境下,管束優(yōu)化排列的研究將會得到越來越多的重視。進一步的管束排列研究,可以將其與最新的傳熱和流動理論(如場協(xié)同原理、等流速概念等)結(jié)合起來進行,找出各種翅片、基管型式下最佳的管間距排列,進而優(yōu)翅片管散熱器的設(shè)計,提高換熱器的整體性能。