通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热

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1、通过改进翅片设计强化翅片管换热器的传热摘要这篇文章给出了一些仿效翅片管换热器设计的实验信息。在这个实验中，利用风洞检测了三种不同的翅片（薄板翅片，波纹翅片，混合翅片）。本文讨论了热交换系数、空气侧的压降，柯尔本系数（j）和相对于风速（1—3m/s）、雷诺数（600-2000）的风管摩擦系数（f）。为了能阐明流体流动的现象，实现了流动的可视化，以此观察流体复杂的流动特征。实验结果显示：波纹翅片相对于薄板翅片来说，压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约10.9-31.9%，11.8-24.0%，2.2

2、-27.5%和0.5-2.7%。另外，混合翅片相对于薄板翅片的实验结果显示：压降，换热系数，f系数和j系数分别增加了大约33.5-63.1%，27.0-45.5%，6.9-71.1%和9.4-13.2%。总之，这个实验结果强烈地支持热交换器采用混合翅片结构。关键字传热系数，压降，测量，流动显示，换热器，波纹翅片，薄板翅片，混合翅片1.引言合理利用翅片对于提高圆管和薄板翅片换热器的性能是一个非常有效的方法，这种方法被广泛的应用在空调，制冷和工业处理过程的多种设备中。我们已经知道在小型换热器中的空气流动是非

3、常复杂的，这是翅片和空气流之间的复杂的作用造成的。传统的翅片管换热器，空气的阻力占据了总的热阻力的90%。所以，增加表面积经常能有效的提高翅片管换热器的整体性能。在文献[1]中，薄板翅片管换热器的可用的实验信息已经被提出，评价和对照。许多关于小型换热器的实验研究已经完成，利用紧凑型换热器加强建立在大范围空气流速上的换热性能和压降的协调性。关于换热器的最新研究重点在于开发新的不规则表面，因此，翅片型的新的设计标准已经被提出[2-5]。在文献[3]中Dongetal.用实验的方法研究了翅片间距，高度和长度对

4、波纹翅片和薄板翅片管换热器的热交换性能和压降的影响。在文献[6]中MetwallyandManglik研究了二维周期性发展的层流和换热，实验在不同波纹比率的正弦型波纹管中进行的。在文献[7]中JangandWu研究了多排（1-6）薄板翅片管换热器的流动和热传递现象。他们发现平均努塞尔特数随着管排数从1增加到6而减小。随着排数增加大于4后，管排的数量对平均换热系数的影响很小。在文献[8]中Madietal.在一个开敞的环形风洞中研究了具有不同参数的28个薄板翅片换热器的性能，这些不同的几何参数包括：管排数

5、，翅片厚度，翅片、排和管之间的间距。结果用相对于以水力直径为基础的雷诺数的j和f因数的形式显示。研究发现翅片类型影响热交16换和摩擦系数，并且管排数量对摩擦力的影响微不足道。雷诺数和翅片管的几何尺寸影响着管排数目的效果。在文献[9]中，YunandLee表明了间断的表面形状对家用空调翅片管换热器性能的影响。本文利用放大比例的实验模型来评价换热系数和压降，并且也进行了原型实验来检测放大模型试验的可信度。在文献[10–16]中Wangetal.描述了翅片管换热器空气侧的性能，这些换热器有小的裂缝，波纹和装有

6、小型条板的几何形状。分别检测了翅片间距，管排数和雷诺数对空气侧性能的影响，用基本关系式描述了指定的翅片配置的空气侧的性能。在文献[17]中LozzaandMerlo讨论了一个广泛调查的结果。这个调查是关于各种各样的翅片配置性能，和以此加强空气冷凝器和液体冷凝器换热性能的调查研究。对于条板翅片，条板的高度很大程度地影响它的性能，并且冲压过程的性能对于实现最好结果是必不可少的。这个研究是在风洞中，用带有三种加强翅片（薄板翅片，波纹翅片和混合翅片）的翅片管换热器分析空气侧热交换和压降，如图1a。讨论了相关参数

7、的空气侧的压降，换热系数，气流摩擦系数（f）和柯尔本系数（j）。为了研究附加翅片在不严重损害换热器换热性能的情况下可以减少是否与压降有关，本文采用了就像涡流存在一样的可视化研究。另外，通过比较三种翅片的性能特征，选择出了应用于家用空调的最佳形式。AC最小流通面积（m2）T温度（0C）Af翅片面积（m2）Tb平均温度（0C）AO空气侧的总表面积（m2）Tw壁面温度（0C）At管的外表面积（m2）ΔT温度差（0C）Cp常压下的特定压降（kJ/kg0C）U热交换器前端的空气流速(m/s)Dh管的水力直径，Dh

8、=4AcL/Ao（m）f摩擦系数Gc最小流通面积上的最大流速（kg/m2s）希腊字母h换热系数（W/㎡·℃）μ动力粘滞系数j柯尔本系数，（j=Nu/RePr1/3）ν运动粘滞系数k导热系数（W/moC）ρ空气粘度L热交换器的深度（m）σ最小面积与前端面积的比率m空气的质量流量（kg/s）Nu努歇尔特数，Nu=hd/k下标Q热流量（w）1入口16压降（Pa）2出口Pr普朗特数，Pr=Cpμ/km平均值Re雷诺数，Re=GcDh/μ2.实验设定