翅片管散热器的管间距的影响

翅片管散热器的铜管与铝翅片之间容易发生电化学反应,在铝翅片表面形成一层三氧化二铝,增大换热器传热热阻,影响换热器乃至整个空调系统的性能。对翅片管换热器分别进行48h和96h的盐雾腐蚀实验,然后对腐蚀前后的实验样件测试其传热及压降特性,结果表明,翅片管蒸发器经盐雾腐蚀以后,其风阻变化在5Pa以内,而换热量最多会降低12.5%,总的传热系数最多会减少16.6%,传热热阻最多会增加20%。
翅片管散热器广泛应用于制冷、空调、石油、化工等工业领域。多年以来,对翅片管散热器热力性能的研究主要集中在强化传热方面,强调采用各种措施来较大限度地增强换热能力,但是却忽略了在增强换热能力的同时有用功耗增大幅度可能会更大的不足
1998年,清华大学过增元院士及其合作者[1]利用能量方程在热边界层内积分对边界层的流动特性进行了研究,发现减小速度矢量与温度梯度之间的夹角是强化对流换热的有效措施。同时他们又结合影响翅片管热力性能的主要结构参数:翅片类型、翅片间距、管排数、管径和管间距等,认为管间距是影响速度矢量和温度梯度之间夹角的重要因素。许文[2]一书也叙述了管间距与换热器整体性能之间的关系,并且陈述了一种等流速排列的概念,即通过调整管间距来使管间流通截面积相等,认为等流速排列避免了流体周期性的加速和减速,因而可以减少能量损失,实现节能。由此看来管间距对翅片管散热器的性能影响是比较大的,因此对其研究有着重要意义。

(1)到目前为止,管束管间距排列对翅片管散热器性能影响的研究已经有了一定基础,但由于试验条件的限制,大多数研究者的试验范围较窄,由于管束尺寸结构不连续,关联式的拟合多少还存在着缺陷,试验方法和数据处理方法的差异,以及不同的翅片及基管类型等因素导致了其所得关联式和结论在实际工程应用中受到限制,因此,需要对管束排列做进一步研究。

(2)由于翅片管型式的多样性,还没有形成统一的对比标准,所以还很难形成大家比较认同的统一结论,这一点从以上国内外研究现状中就可以看出。对于管间距对翅片管散热器性能的影响,不同的基管、翅片型式、排列方式和结构尺寸参数所得到的试验结论还难以做到统一。

(3)等流速排列方式是通过调整管间距来实现气流流过管间截面速度近似相等,与常规的正三角形排列方式相比,其纵向管间距与横向管间距之比较小。由于这种新型排列方式减小了速度脉动,从而流动阻力降低明显。另外,该排列方式具有较好的速度场和温度场协同性,对提高换热器整体性能有重要意义。但是考虑到流过管束时气流物性的变化和流态的复杂性,要想得到确切优化管束排列参数,还需要对等流速排列方式做进一步理论和试验的研究。

(4)等流速排列方式等优化的管束排列结构可实现满足一定换热要求下的低流动阻力特征,可节约能量,有着重要的应用场合。比如电站的直接空冷系统的空冷器(为了节省风机的运行功率,要求翅片管空冷器的风阻较小）、用于汽车或飞机空气动力性能试验的大型风洞试验系统中的翅片管散热器(用于加热或冷却空气,由于与试验件串联,必须限制风阻)等等。总之,在节能减排的大环境下,管束优化排列的研究将会得到越来越多的重视。进一步的管束排列研究,可以将其与最新的传热和流动理论(如场协同原理、等流速概念等)结合起来进行,找出各种翅片、基管型式下最佳的管间距排列,进而优翅片管散热器的设计,提高换热器的整体性能。