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翅片管式换热器强化换热的思路及方法

翅片管式换热器的换热强化主要分为两个方面:管内换热的强化和管外翅片的换热强化。换热管近年来已经普遍使用了内螺纹铜管来代替光管,管内换热的强化主要是通过对分路方法的调整来改变换热管内制冷剂的流速来提高管内换热系数,减少管内阻力来实现。相对来说,管外翅片换热的强化受到了各方面的重点关注,因为根据“短板效应”的原理,只有强化“短板”,才能最有效地提高整体的能力。下面分别就管内及管外的换热强来讨论翅片管式换热器的换热强化问题。

1,翅片管式换热器管内强化换热的思路文献

[1]通过六种不同分路的蒸发器的计算模拟及实验数据,得出了换热管相对管长与制冷系数分布、热阻和压力梯度之间的关系,如图7所示。文献[1]的核心思想就是认为,衡量翅片管式换热器性能最主要的指标就是传热系数及制冷剂侧的压降。

文献[1]通过理论分析及实验得出结论:在蒸发器中制冷剂两相区,干度低则制冷剂侧压降及传热系数也较低,而干度升高时制冷剂侧压降及传热系数也升高,根据这一原理文献[1]设计的分路原则是刚刚节流后的制冷剂以较少分路进入蒸发器,因为此时压降较小可以通过提高管内流速的方法来提高换热系数,当制冷剂干度增大时,可以再增加分路数,以减小管内阻力损失。

文献[1]设计的换热器分路D取得了最好的换热效果,即达到同样的换热量,分路D可以减少换热面积约5%。理论上来说,冷凝器则刚好与蒸发器相反,刚开始干度较大,可以采用较多分路,到冷凝器后部则几乎全部为制冷剂液体,管内阻力则会明显减小,所以通过增加制冷剂流速的方法而提高换热效果应该是可行了。所以在换热器后部设置过冷管对提高整体换热效果是有利的。制冷技术研究院在不久前发布研究成果时曾提到为了提高换热效果他们采取一种所谓的“组合管”方法,即(对两排蒸发器)在背风面采用内螺纹管,而在迎风面采用光管,根据实验结果,换热效果得到了明显的提高。“组合管”方法的原理依然是通过管内制冷剂流速的方法来提高换热效果的,当然还有提高背风侧换热效果的原因,接下来我们将进行详细探讨。

2,翅片管式换热器管外强化换热的思路

如前所述,根据“短板效应”的原理,只有我们重点强化“短板”,才能最有效地提高整体的能力,而管外翅片换热效率恰恰是翅片管整体换热系数的“短板”所在,所以管外翅片换热的强化受到了国内外方界的重点关注,也发表了大量关于管外换热研究的理论及实验文章[7,8,9,10]。而对于多排换热器来说,每排的换热器也是不同的,所以对于管外翅片换热来说,背风侧换热效果较差的部分才是真正的“短板中的短板”。

根据文献[11]介绍:对于双排冷凝器,当两排的铜管、翅片完全相同时,迎风侧的换热量约占总换热量的70%,背风侧换换热量只占30%左右。而文献[12]更是通过CFD软件模拟出了换热器表面的换热系数分布,定量地给出了迎风侧和背风侧的换热量。

文献[12]以双排冷凝器为例(片距1.7mm),当迎面风速为0.5m/s时迎风侧换热量占总换热量的96.3%,风速3.0m/s时迎风侧的换热量,占总换热量的69.2%。所以说如何强化背风侧换热效果才是强化换热效果的重中之重。以下是我部门某机型的换热器(蒸发器)分路图(见图8)及实验数据(见表3),从中我们可以非常清楚地看出多排换热器管排数对换热效果的影响,因为该蒸发器较低,我们可以假定迎面风速是均匀分布的,因此影响各分路换热效果的就只有管排数的影响了(各分路的流程长度是相等的)。第一路在第三排为两个U,第二排及第一排均为一个U;第二路则是第三排及第一排均为一个U,而在第二排有两个U,第三路则第三排和第二排均为一个U,第一排为两个U,所以在各路进口温度基本相同的情况下,出口温度却相差极大,我认为这就是管排数对换热效果影响的典型表现。文献[11]提出了一种我称之谓“组合片型”的思路,对五种冷凝器迎面侧及背风侧的换热管及片型进行组合,实验用的冷凝器形式(见表4)及冷凝器流路如图9所示。文献[11]通过实验发现,冷凝器5即换热管采用内螺纹管,迎风的换热效果。

文献[11]解释其原因为:“迎风侧使用平片,使空气温度升高,但小于使用冲缝片时的温度升高幅度,即在迎风侧的换热量小一求全责备冲缝片迎风侧的换热量,但这样空气在背风侧的换热温差大于全冲缝片冷凝器背风侧的换热温差,所以提高了背风侧换热量在总换热量中所占的比例,总体的效果是迎风侧平片的换热效果优于全冲缝片冷凝器的换热效果。”即文献[11]是通过减小迎风侧换热量,提高背风侧换热量,但背风侧换热量的提高幅度要大于迎风侧换热量的减小幅度来提高换热器的总体换热效果的。文献[12]在使用CFD软件对冷凝器中的流动与传热过程进行了数学模拟之后,针对迎风侧和背风侧换热不均匀现象,

提出了几种解决方法:一是提高背风侧的管壁和翅片温度,以提高传热温差,二是提高风速或增大风量,以提高背风侧的换热量,三是在现有的风量不变的前提下,降低迎风侧的出风温度,以提高背风侧的传热温差。文献[12]还提到利用方法三的思想设计的翅片管式换热器已申请了国家专利,侧采用平片,背风侧采用开窗片具有最好.

发布时间: 2012-10-23 09:26:19

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