【摘要】：风洞换热器作为风洞的重要部件,起到降低风洞空气温度、保持风洞稳定运行的作用,风洞换热器还影响风洞的阻力损失。设计一种传热性能好且阻力损失小的换热器具有重要意义。提出一种多流道横向翅片扁管换热器,采用试验与数值相结合的方法,研究其传热和流动特性,通过优化设计得到其*佳结构参数,以期在风洞中发挥重要作用。首先,通过试验研究多流道横向翅片扁管换器传热和流动性能,选用尺寸为768×420×154mm的多流道横向翅片扁管换器和810×440×280mm的圆管翅片换热器,通过试验对比得到以下结论:相同流速下,多流道横向翅片扁管换热器空气阻力远远小于圆管翅片换热器,风速4 m/s时,横向翅片扁管换热器单位长度压降为441.56Pa/m,而圆管翅片换热器为1933.04Pa/m;雷诺数大于2×10~4时,多流道横向翅片扁管换热器综合换热能力超过圆管翅片换热器,综合性能指标*大为圆管翅片换热器的2.58倍。其次,建立多流道横向翅片扁管换器单元换热模型,尺寸为174.0×4.4×17.5mm,扁管与流通长度190mm椭圆管进行对比,迎风面圆弧直径10mm的扁管与9.5mm直径圆管比较,6个流动通道与单个流动通道对比,流线型圆弧迎风面与矩形直角迎风面对比。通过数值模拟得到以下结论:(1)风速1.8m/s时,椭圆管Eu为扁管Eu的2.39倍;风速0.5m/s时,圆管压降是扁管压降的2.45倍;风速1.8m/s时扁管h/△p计算值是椭圆管的2.18倍;速度为2m/s时扁管换热量比圆管换热量大2.77W(2)多流道总换热面积比单流道总换热面积大0.001m~2,传热效果得到提升。水流速为1m/s时,多流道换热量比单流道换热量大25.35%;水流速为5m/s时多流道阻力损失比单流道阻力损失仅增加1.85%,增加流道数目带来阻力损失的影响可以忽略。(3)当风速为15m/s时,圆弧迎风面的传热系数比矩形迎风面传热系数高1.21%;风速为20m/s时,矩形迎风面压降要比圆弧迎风面压降大7.32%。通过数值模拟分别研究翅厚0.1-0.5mm、翅片高度4-12mm、翅片间距2.4-4.0mm时,多流道横向翅片扁管换器单元换热模型的压力损失和换热效果的变化,分析模拟结果得到以下结论:(1)风速20m/s时,翅片厚度从0.1mm增加到0.5mm,换热量增加5.292W,压降增加237.967Pa。(2)风速2m/s时,2.0mm翅片高度换热量是4.0mm翅片高度换热量的2.32倍;风速5m/s时,翅片高度从4.0mm增加到6.0mm压降增加4.193Pa。(3)风速10m/s时,4.0mm翅片间距换热量比2.4mm换热量大3.449W,4.0mm翅片间距比2.4mm翅片间距压降低10.859 Pa。接着采用回归分析拟合j、f因子的方程并通过置信检验,要求可信度高于95%,建立目标函数j/f~(1/3),使用Matlab绘图求极值得到*佳结构参数:翅厚0.35mm、翅间距2.00mm、翅高4.00mm。*后将翅厚0.35mm、翅间距2.00mm和翅高4.00mm的多流道横向翅片扁管换热器应用到10.5m×10.5m方形截面风洞工程中,与椭圆管翅片换热器进行换热效果和流动压降比较,分析比较结果可知换热器出口流速13.91m/s时,椭圆管换热器总压降为1778Pa,多流道横向翅片扁管换热器总压降为831Pa,椭圆管翅片换热器总压降是多流道横向翅片扁管换热器总压降的2.14倍。多流道横向翅片扁管换热器h/△p数值比椭圆管翅片换热器平均高56.55%。