翅片管散熱器的強化傳熱的特點

在空調(diào)工程中，空氣的加熱和冷卻處理過程中大量用到翅片管散熱器.   傳熱管束是用直徑較小的紫銅管穿上鋁翅片，排成2至8排制成管束。冷熱水在管內(nèi)為蛇形往復(fù)流動，空氣在管外翅片間穿行，同時被加熱或冷卻。翅片采用整體式翅片形式，翅片片型有平板型、皺紋型（其中，波紋板應(yīng)用最多）及開縫型（如條縫型、百葉窗型等）.不同翅片形式的散熱器，其空氣側(cè)換熱系數(shù)及阻力特性均有所差異。大量的實驗發(fā)現(xiàn)：在獲得好的熱交換特性的同時，不可避免地造成了摩阻的增加。在給定的熱交換器尺寸和風(fēng)機運行曲線下，壓力損失的提高必然造成空氣流速的降低，并進而使空氣與翅片壁面之間的傳熱溫差降低。其次，空調(diào)工程中所使用的大部分換熱器都是干、濕工況交替運行的，而不同翅片散熱器在濕工況下的換熱及阻力特性與干工況下相比，有很大差異。因此，如何正確選用翅片形式，對熱交換器實際工作特性的影響不容忽視，最好的是在換熱與阻力損失之間找到一種折衷的方案
2.干工況下各種翅片管散熱器的性能對比
2.1 換熱系數(shù)和壓降損失
弧形百葉窗翅片的最優(yōu)，其次為矩形百葉窗型、皺紋板型、波紋板型。究其原因為，光直翅片中，連續(xù)穩(wěn)定的粘性層流層妨礙了流體與翅片的換熱；波紋翅片破壞了連續(xù)穩(wěn)定的粘性層流層，所以換熱系數(shù)增大了；而開縫式翅片，不僅破壞了連續(xù)穩(wěn)定的粘性層流層，而且大大增加了流道中的紊流度，從而使換熱系數(shù)進一步增大。方形百葉窗和弧形百葉窗均是在翅片上開翻邊槽，以此強化氣流擾動，增強換熱?；⌒伟偃~窗型翅片的開槽是沿著銅管外壁進行的，這樣的好處是氣流可以在百葉窗型翻邊的誘導(dǎo)下更大面積的沖刷到管后部，即減小銅管后部的尾流區(qū)域，強化換熱
百葉窗型的翅片可極大地改善熱交換性能，特別是弧形百葉窗翅片可獲得非常高的換熱系數(shù)，幾乎是波紋片的兩倍。但引起的阻力損失也較大；影響大小與條縫高度有關(guān)。比如X1（開縫寬度為1mm）型翅片管散熱器，其換熱特性與其他高度的相比并無明顯提高，但阻力特性增長卻比較明顯，因此，百葉窗條縫高度應(yīng)嚴格控制
2.2 影響翅片管散熱器性能的幾何因素
2.2.1 翅片間距  
關(guān)于翅片間距對換熱性能的影響，Rich研究了管徑為13.34mm，管間距為27.5mm，   排間距為31.75mm情況下的14種平板翅片盤管的情況。試驗結(jié)果得到：4排管時，換熱性能與翅片間距無關(guān)；每排管的壓力降也與管排數(shù)無關(guān)。然而對1排或2排管，規(guī)律有所不同。ReDc＞5000時，渦流的影響占據(jù)了重要位置，翅片間距的影響可忽略。當ReDc＜5000時，熱交換性能隨翅片間距的減小而增大。Wang等人的試驗也證實了此觀點，同時還證實了對多排百葉翅片和波紋翅片散熱器具有相同規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：較高的空氣流速和較大的管排數(shù)都會導(dǎo)致渦流區(qū)域的產(chǎn)生，因此，翅片間距對換熱系數(shù)的影響均可忽略
2.2.2 管排數(shù)   對于平板型翅片：在管排數(shù)較大、翅片間距較小，且雷諾數(shù)較低時，管排數(shù)對換熱特性的影響才顯著起來。當ＲｅＤｃ<3000時，由于邊界層的影響，換熱因子將隨管排數(shù)的增加而減小；管排數(shù)對摩擦阻力因子的影響相對較小。然而當ＲｅＤｃ>3000時，管排數(shù)對換熱的影響將減小。   對于波紋形翅片：低雷諾數(shù)下，管排數(shù)對換熱系數(shù)和摩擦系數(shù)沒有明顯的影響；而在高雷諾數(shù)下，換熱系數(shù)會隨著管排數(shù)的增加而增加。   對于開縫型翅片：低雷諾數(shù)下，管排數(shù)對換熱系數(shù)有顯著的影響，換熱因子會隨著管排數(shù)的增加而急劇降低；管排數(shù)對摩擦因子的影響相對較小
2.2.3 管徑   對于平板型翅片，管徑越大的，造成管后的無效面積也越大。換熱系數(shù)隨著換熱管管徑的減小而稍有增大。比如，對于單排管和雙排管,Ｄｃ=8.51ｍｍ時的換熱系數(shù)比Ｄｃ=10.23ｍｍ的稍高；但Ｄｃ=10.23ｍｍ的壓降卻比Ｄｃ=8.51ｍｍ的要大10%—15%。   對于其它的翅片類型(波紋形翅片、條縫形翅片、百葉窗翅片)，采用小管徑，同樣可以減小管排的拖曳作用，從而增大管外換熱系數(shù)；并能夠減小壓降損失。如:對百葉窗翅片，當迎面風(fēng)速Ｖｆｒ<1.5ｍ／ｓ時，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，并能夠減小10%的壓降損失。
結(jié)論