翅片管散熱器的強化傳熱的特點

在空調工程中，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。冷熱水在管內為蛇形往復流動，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，其空氣側換熱系數及阻力特性均有所差異。大量的實驗發現：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 換熱系數和壓降損失
弧形百葉窗翅片的最優，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，連續穩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穩定的粘性層流層，所以換熱系數增大了；而開縫式翅片，不僅破壞了連續穩定的粘性層流層，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下更大面積的沖刷到管后部，即減小銅管后部的尾流區域，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，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。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。試驗結果得到：4排管時，換熱性能與翅片間距無關；每排管的壓力降也與管排數無關。然而對1排或2排管，規律有所不同。ReDc＞5000時，渦流的影響占據了重要位置，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律。研究發現：較高的空氣流速和較大的管排數都會導致渦流區域的產生，因此，翅片間距對換熱系數的影響均可忽略
2.2.2 管排數   對于平板型翅片：在管排數較大、翅片間距較小，且雷諾數較低時，管排數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的增加而減?。还芘艛祵δΣ磷枇σ蜃拥挠绊懴鄬^小。然而當ＲｅＤｃ>3000時，管排數對換熱的影響將減小。   對于波紋形翅片：低雷諾數下，管排數對換熱系數和摩擦系數沒有明顯的影響；而在高雷諾數下，換熱系數會隨著管排數的增加而增加。   對于開縫型翅片：低雷諾數下，管排數對換熱系數有顯著的影響，換熱因子會隨著管排數的增加而急劇降低；管排數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；并能夠減小壓降損失。如:對百葉窗翅片，當迎面風速Ｖｆｒ<1.5ｍ／ｓ時，采用小管徑的多排管結構有利于提高換熱器的換熱性能，并能夠減小10%的壓降損失。
結論