翅片管式換熱器強化換熱的思路及方法

翅片管式換熱器的換熱強化主要分為兩個方面：管內換熱的強化和管外翅片的換熱強化。換熱管近年來已經普遍使用了內螺紋銅管來代替光管，管內換熱的強化主要是通過對分路方法的調整來改變換熱管內制冷劑的流速來提高管內換熱系數，減少管內阻力來實現。相對來說，管外翅片換熱的強化受到了各方面的重點關注，因為根據“短板效應”的原理，只有強化“短板”，才能最有效地提高整體的能力。下面分別就管內及管外的換熱強來討論翅片管式換熱器的換熱強化問題。

１,翅片管式換熱器管內強化換熱的思路文獻

［１］通過六種不同分路的蒸發器的計算模擬及實驗數據，得出了換熱管相對管長與制冷系數分布、熱阻和壓力梯度之間的關系，如圖７所示。文獻［１］的核心思想就是認為，衡量翅片管式換熱器性能最主要的指標就是傳熱系數及制冷劑側的壓降。

文獻［１］通過理論分析及實驗得出結論：在蒸發器中制冷劑兩相區，干度低則制冷劑側壓降及傳熱系數也較低，而干度升高時制冷劑側壓降及傳熱系數也升高，根據這一原理文獻［１］設計的分路原則是剛剛節流后的制冷劑以較少分路進入蒸發器，因為此時壓降較小可以通過提高管內流速的方法來提高換熱系數，當制冷劑干度增大時，可以再增加分路數，以減小管內阻力損失。

文獻［１］設計的換熱器分路Ｄ取得了最好的換熱效果，即達到同樣的換熱量，分路Ｄ可以減少換熱面積約５％。理論上來說，冷凝器則剛好與蒸發器相反，剛開始干度較大，可以采用較多分路，到冷凝器后部則幾乎全部為制冷劑液體，管內阻力則會明顯減小，所以通過增加制冷劑流速的方法而提高換熱效果應該是可行了。所以在換熱器后部設置過冷管對提高整體換熱效果是有利的。制冷技術研究院在不久前發布研究成果時曾提到為了提高換熱效果他們采取一種所謂的“組合管”方法，即（對兩排蒸發器）在背風面采用內螺紋管，而在迎風面采用光管，根據實驗結果，換熱效果得到了明顯的提高?！敖M合管”方法的原理依然是通過管內制冷劑流速的方法來提高換熱效果的，當然還有提高背風側換熱效果的原因，接下來我們將進行詳細探討。

２,翅片管式換熱器管外強化換熱的思路

如前所述，根據“短板效應”的原理，只有我們重點強化“短板”，才能最有效地提高整體的能力，而管外翅片換熱效率恰恰是翅片管整體換熱系數的“短板”所在，所以管外翅片換熱的強化受到了國內外方界的重點關注，也發表了大量關于管外換熱研究的理論及實驗文章［７，８，９，１０］。而對于多排換熱器來說，每排的換熱器也是不同的，所以對于管外翅片換熱來說，背風側換熱效果較差的部分才是真正的“短板中的短板”。

根據文獻［１１］介紹：對于雙排冷凝器，當兩排的銅管、翅片完全相同時，迎風側的換熱量約占總換熱量的７０％，背風側換換熱量只占３０％左右。而文獻［１２］更是通過ＣＦＤ軟件模擬出了換熱器表面的換熱系數分布，定量地給出了迎風側和背風側的換熱量。

文獻［１２］以雙排冷凝器為例（片距１．７ｍｍ），當迎面風速為０．５ｍ／ｓ時迎風側換熱量占總換熱量的９６．３％，風速３．０ｍ／ｓ時迎風側的換熱量，占總換熱量的６９．２％。所以說如何強化背風側換熱效果才是強化換熱效果的重中之重。以下是我部門某機型的換熱器（蒸發器）分路圖（見圖８）及實驗數據（見表３），從中我們可以非常清楚地看出多排換熱器管排數對換熱效果的影響，因為該蒸發器較低，我們可以假定迎面風速是均勻分布的，因此影響各分路換熱效果的就只有管排數的影響了（各分路的流程長度是相等的）。第一路在第三排為兩個Ｕ，第二排及第一排均為一個Ｕ；第二路則是第三排及第一排均為一個Ｕ，而在第二排有兩個Ｕ，第三路則第三排和第二排均為一個Ｕ，第一排為兩個Ｕ，所以在各路進口溫度基本相同的情況下，出口溫度卻相差極大，我認為這就是管排數對換熱效果影響的典型表現。文獻［１１］提出了一種我稱之謂“組合片型”的思路，對五種冷凝器迎面側及背風側的換熱管及片型進行組合，實驗用的冷凝器形式（見表４）及冷凝器流路如圖９所示。文獻［１１］通過實驗發現，冷凝器５即換熱管采用內螺紋管，迎風的換熱效果。

文獻［１１］解釋其原因為：“迎風側使用平片，使空氣溫度升高，但小于使用沖縫片時的溫度升高幅度，即在迎風側的換熱量小一求全責備沖縫片迎風側的換熱量，但這樣空氣在背風側的換熱溫差大于全沖縫片冷凝器背風側的換熱溫差，所以提高了背風側換熱量在總換熱量中所占的比例，總體的效果是迎風側平片的換熱效果優于全沖縫片冷凝器的換熱效果?！奔次墨I［１１］是通過減小迎風側換熱量，提高背風側換熱量，但背風側換熱量的提高幅度要大于迎風側換熱量的減小幅度來提高換熱器的總體換熱效果的。文獻［１２］在使用ＣＦＤ軟件對冷凝器中的流動與傳熱過程進行了數學模擬之后，針對迎風側和背風側換熱不均勻現象，

提出了幾種解決方法：一是提高背風側的管壁和翅片溫度，以提高傳熱溫差，二是提高風速或增大風量，以提高背風側的換熱量，三是在現有的風量不變的前提下，降低迎風側的出風溫度，以提高背風側的傳熱溫差。文獻［１２］還提到利用方法三的思想設計的翅片管式換熱器已申請了國家專利，側采用平片，背風側采用開窗片具有最好.