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翅片管式換熱器的發展趨勢

    直至目前,這一方法仍是所有各種管式換熱面強化傳熱方法中運用的最為廣泛的一種。翅片管式換熱器是人們在改進管式換熱面的過程中最早也是最成功地發現之一。它不僅适用于單相流體的流動,而且對相變換熱也有很大的價值。 随着制冷空調行業的發展,人們已經把注意力集中在高效、節能節材的緊湊式換熱器的開發上,而翅片管式換熱器正是制冷、空調領域中所廣泛采用的一種換熱器形式。對于它的研究不僅有利于提高換熱器的換熱效率及其整體性能,而且對改進翅片換熱器的設計型式,推出更加節能、節材的緊湊式換熱器有着重要的指導意義。
    由于翅片管式換熱器在翅片結構形式和幾何尺寸的不同,造成其換熱性能和阻力性能上的極大差異。通過調整換熱器的翅片間距,設計成為變翅片間距,實現結構優化,并對其換熱性能與改進前換熱器進行對比計算,提高了換熱器的傳熱系數。本方法适用于将該換熱器用于低溫制冷系統中的蒸發器。當氣流通過蒸發器時,由于空氣中的水蒸氣不斷地在翅片管表面沉積,空氣由于除濕作用相對濕度降低,沿氣流方向翅片盤管表面結霜量是遞減的,如果采取變片距結構,可以在結霜條件下保持其較高的傳熱效率,并延長其沖霜時間。當蒸發器采用變翅片間距結構時,實際上已構成了翅片的錯列分布,當空氣橫掠錯列翅片時,翅片的交錯分布使得上遊翅片對下遊翅片有繞流作用,由于前面翅片的繞流,翅片的前半部分換熱加強,後面的翅片的分布又使得流道變窄,流速提高,翅片後半部分的換熱也得到強化。
    通過變翅片間距的結構改進,冷風機在外形尺寸即高度、寬度和管總長度不變的前提下,在結霜工況下運行時仍可保持較高的傳熱系數,且采用變翅片間距結構的冷風機比等翅片間距結構冷風機的傳熱系數提高了9.8%,且傳熱面積有所提高,通過提高傳熱系數和傳熱面積從而達到強化傳熱的目的。加強管内流體流動,管内壁加工變螺距内螺紋。在不增大整體設備尺寸的前提下,增加其内表面換熱面積,加強管内流體的擾動,在原有換熱器的管内壁上加工變螺距内螺紋。當管内工質換熱系數較大而管外工質換熱系數較小時,管外的對流傳熱熱阻将成為傳熱的主要阻力。采用擴展表面,對于縮小換熱器體積,提高換熱器效率有很重要的作用。目前,已經開發出了針狀翅片、波紋翅片、百葉窗翅片、三角形翅片、單面開槽條形片、裂齒矩形翅片等等。
    管内表面積的增大主要集中在異型管的開發方面,綜觀各種不同形狀的強化管,其共同特點是在兼顧壓降的同時,傳熱面積都有不同程度的增加,并通過兩種機理提高其傳熱系數進行強化換熱。傳熱邊界層是限制傳熱系數提高的最主要因素,它産生于靠近管壁的層流底層,并有一個逐漸增厚的過程。管壁的粗糙以及規則出現的溝槽、凸肋,會破壞貼壁層流狀态,抑制邊界層的發展。同時溝槽和凸肋對流體的限流作用有助于邊界層的減薄,而繞流作用使流體産生軸向旋渦,可緻使邊界層分離,流體主體徑向溫度梯度減小,有助于熱量傳遞的進行。
  1)到目前為止,對翅片管式換熱器雖然已有一定的研究,但還沒有形成一個統一的換熱器準則參數指标。
  2)由于一般的換熱關聯式均是基于幾個或十幾個實驗結果歸納出來的,其通用性的适用性仍值得懷疑。因此需要繼續加強對管外強化翅片的實驗研究,得出較通用的換熱及壓降關聯式。
  3)由于換熱器翅片結構的複雜性,緻使已有關聯式過于複雜,不便于工程計算的運用。
  4)在以後的翅片管式換熱器的研究中,必須從兩個方面同時進行:一是從通用性的角度,要得出關聯式簡單、易用、又可在一定精度的範圍;另一個是對具有代表性的翅片結構,應從機理上進行深入的研究。
                 


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