空调用空气换热器翅片形式的选择

1、空调用空气换热器翅片形式的选择    摘要：实验数据表明，在干工况下，波纹翅片比平板翅片的传热约提高11%，开缝翅片比平板翅片传热提高22%；但在湿工况下的传热特性由于存在膜状凝结，引起传热热阻的增加，规律与干工况下有所不同。另外，翅片的多波多折增加了空气流动阻力和动力消耗。本文分析了不同翅片的换热特性和阻力特性，针对不同场合下（干工况、湿工况及洁净空调系统中等）使用的空气换热器提出了较为合理的翅片形式和换热器结构。为工程设计人员的合理设计选型提供参考。     关键词：空气换热器 翅片形式 传热特性 阻力特性 &

2、#160;   1.前言    在空调工程中，空气的加热和冷却处理过程中大量用到的翅片管换热器采用盘管形式，    传热管束是用直径较小的紫铜管穿上铝翅片，排成2至8排制成管束。冷热水在管内为蛇形往复流动，空气在管外翅片间穿行，同时被加热或冷却。翅片采用整体式翅片形式，翅片片型有平板型、皱纹型（其中，波纹板应用最多）及开缝型（如条缝型、百叶窗型等），见图1。从1990s开始，百叶窗型的翅片在欧洲得到了大力发展。    （a） (b) (c) (d

3、) (e) (f) 图1几种翅片形式     （a）平板矩形百叶窗；（b）波纹板弧形百叶窗；（c）小翼带矩形百叶窗型；（d）横向皱纹板 ；（e）点状皱纹板；（f）三角形波纹板    不同翅片形式的换热器，其空气侧换热系数及阻力特性均有所差异。大量的实验发现：在获得好的热交换特性的同时，不可避免地造成了摩阻的增加。在给定的热交换器尺寸和风机运行曲线下，压力损失的提高必然造成空气流速的降低，并进而使空气与翅片壁面之间的传热温差降低。其次，空调工程中所使用的大部分换热器都是干、湿工况交替运行的，而不同翅片换热器在湿工况下

4、的换热及阻力特性与干工况下相比，有很大差异。因此，如何正确选用翅片形式，对热交换器实际工作特性的影响不容忽视，最好的是在换热与阻力损失之间找到一种折衷的方案。    2.干工况下各种翅片换热器的性能对比    2.1 换热系数和压降损失    Giovanni Lozza和Umberto Merlo1对翅距2mm，翅厚0.11mm，管间距25mm，排间距21.65mm的各种翅片（见表1）进行了对比试验，试验时的迎面风速为1m/s到3m/s。表征空气侧换热强弱的Colburn

5、j 因子和摩阻因子 f 与Re数的关系见图2和图3。    表1 各种翅片形式     翅片代号    翅片形式    开缝或皱纹宽度（mm）    P    N    C    L1    L2   

6、0;W    X1    X2    X3    平板型    波纹板型    横向皱纹板型    平板矩形百叶窗    平板矩形百叶窗    平板小翼型带矩形百叶窗    波纹板弧形百叶窗 

7、;   波纹板弧形百叶窗    波纹板弧形百叶窗    0.80    0.54    0.75    1.60+0.70    1.00    0.75    0.65    图2 j与雷诺数的关系 图3 f

8、与雷诺数的关系    由图2可看到，增强型翅片可极大地强化翅片换热器的换热性能。单从换热性能来说，    弧形百叶窗翅片的最优，其次为矩形百叶窗型、皱纹板型、波纹板型。究其原因为，光直翅片中，连续稳定的粘性层流层妨碍了流体与翅片的换热；波纹翅片破坏了连续稳定的粘性层流层，所以换热系数增大了；而开缝式翅片，不仅破坏了连续稳定的粘性层流层，而且大大增加了流道中的紊流度，从而使换热系数进一步增大。方形百叶窗和弧形百叶窗均是在翅片上开翻边槽，以此强化气流扰动，增强换热。弧形百叶窗型翅片的开槽是沿着铜管外壁进行的，这样的好处

9、是气流可以在百叶窗型翻边的诱导下更大面积的冲刷到管后部，即减小铜管后部的尾流区域，强化换热。当迎面风速为2.5m/s时，它们与平板翅片换热器的换热因子的倍数见表2。    百叶窗型的翅片可极大地改善热交换性能，特别是弧形百叶窗翅片可获得非常高的换热系数，几乎是波纹片的两倍。但引起的阻力损失也较大；影响大小与条缝高度有关。比如X1（开缝宽度为1mm）型翅片换热器，其换热特性与其他高度的相比并无明显提高，但阻力特性增长却比较明显，因此，百叶窗条缝高度应严格控制。    另外，从图2及图3中还可看出，弧形百叶窗翅片的换热性能较矩形百叶窗翅片的增加较大，但压降损失与相同开缝宽度的矩形百叶窗式相比只是稍大一些。    表2 各种翅片在迎面风速Vy2.5m/s时的性能参数对比        N    C    L1    L2&#