有关铜管铝翅片散热器理论计算方面的研究

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1、铜管铝翅片散热器理论计算1.概述    随着人类生活质量与文化素质的提高，住宅对散热器的需求呈现多样化趋势。所以各种新型的散热器不断涌现，铜管铝翅片散热器就是在这种大形式影响下应运而生的一种新型的铜铝对流式散热器。它以其成本低、耐腐蚀、散热性能好等众多优点赢得了各层次居民及众多生产厂家的青睐，因而蕴藏着广大的市场潜力及无限的发展前景。铜管铝翅片散热器主要由两大部分组成：外罩和内部的铜管铝翅片组（如图1所示）。铜管铝翅片组有两管式和四管式。外罩是由薄钢板做成，兼有美观和强化对流的作用。因为外罩在工作时的温度不高，对房间的辐射热量很小，所以铜管铝翅片散热器可认为是纯对流式散热器。  

2、图1铜管铝翅片散热器结构示意图2.换热机理及分析    铜管铝翅片散热器的对流换热机理是：铜管内热水通过对流换热和导热过程将热量传到管外，再在外罩抽吸力的作用下，通过空气对流将翅片管外的热量带到室内    2.1铜管内壁水的对流换热过程    铜管铝翅片散热器的铜管内壁为光管，水在管内的流动属于受迫紊流流动，故选用管内受迫紊流流动换热准则关联式来计算水在铜管内的对流换热系数。当管壁温度低于流体温度时，管内受迫紊流流动换热准则关联式为：（1）    2.2通过铜管管壁和翅片基管的导热过程   铜管铝翅片的大样图如图2所示。因为铝片基管与铜管不是一体材料，所以在二者之间一定存在着接触

3、热阻。接触热阻的大小与加工工艺有着很大的关系，对于缠绕式翅片管和整体轧制双金属翅片管，在基管与外部翅片管之间，由于氧  化、表面粗糙度等因素引起的表面间轻微的接触不良而引起的接触热阻，已有人进行了专门的研究，研究结果表明：缠绕式翅片管束的传热性能比整体轧制单金属翅片管束（无接触热阻）低约30%，整体轧制双金属翅片管束的传热性能比整体轧制单金属翅片管束低12%左右[2]。可见翅片管的接触热阻问题绝对不可以忽视。因为这里所研究的翅片管是通过热套胀接的方法进行加工的，所以接触热阻应该比缠绕式翅片管小，而比整体轧制双金属翅片管大。所以在这里将接触热阻对整个导热过程的影响作为一个修正系数来

4、处理，显然，接触热阻修正系数应在0.7-0.88之间（0.7是考虑缠绕式翅片管束对传热性能的影响而确定的修正系数，0.88是考虑整体轧制双金属翅片管束对传热性能的影响而确定的修正系数）。  图2铜管铝翅片大样图    2.3翅片管外表面空气的对流换热过程在这一过程中需分别研究翅片的对流换热过程和翅片管外壁的对流换热过程。    2.3.1翅片的对流换热研究翅片的换热，首先需要考虑的因素是翅片的形状。因为矩形翅片具有结构简单、紧凑及容易制造等优点，所以迄今为止出现的所有铜管铝翅片散热器都是采用矩形片作为扩展表面的。   在铜管铝翅片散热器中，强化空气侧的换热是散热器强化换热的关键，

5、而空气侧换热的强化，主要是通过优化翅片管结构或改善翅片表面状况来实现的。因为随着空气沿平翅片表面的平直通道向前流动，边界层由于无附加扰动而逐渐增厚，因而局部换热系数沿程降低，这是平翅片表面换热的不利因素，所以现在出现了几种新型翅片管，像V型槽翅片管、轮辐型槽翅片管和条型槽翅片管等等。通过对新型翅片管的换热与阻力性能的研究，能够得出这些新型翅片管以平翅片管为基准的平均换热系数比和平均压降比，例如有人已经对以上三种新型翅片管作了研究，得出的结果如下：  式中：是平均换热系数，是平均压降[3]。所以，计算时可将翅片按平翅片计算，将翅片表面状况的影响作为修正系数来修正，例如条型槽翅片管的

6、换热过程修正系数为1.08，阻力计算过程的修正系数为1.10，等等。在计算平翅片的对流换热系数时，按流体横掠平板模式来计算[4]：（2）式中：Hf—翅片高，m；    —翅片表面换热系数，W/(m2·℃)；      2.3.2翅片间光管部分的换热   翅片管外翅片间光管部分的对流换热系数小于单纯光管外对流换热系数，但是因为：（1）当翅间距很大时，翅片间光管部分的对流换热系数与纯管外对流换热系数很接近；（2）当翅片间距较小时，翅片间光管部分的散热量相对翅片的散热量较小，对整个散热量的影响不大。所以在计算翅片间光管部分的散热量时，换热系数近似按纯管外对流换热系数计算。    2.4

7、外罩的强化换热过程    外罩的作用除了美观以外，主要是加强空气对流，起到强化换热的作用。这是由于罩内外空气存在密度差而产生的一种烟囱效应，在这种烟囱效应的抽吸力作用下，空气对流增强，从而有利于换热。外罩所产生的抽吸力是铜管铝翅片散热器与室内空气进行对流换热的主要动力。翅片管周围被加热的空气在抽吸力的作用下将热量传到室内。抽吸力的计算公式为：  （3）式中：hzs—外罩产生的抽吸力；      Hz—外罩高度；         —标准状态下的空气密度；     —室温下的空气密度