【摘要】：换热设备在工业生产中占有重要地位,其传热性能的好坏对节能有着重要意义。目前,翅片管式换热器被广泛应用于能源动力、化工、冶金、空调、食品冷藏加工等诸多行业,特别是在制冷及空调领域,翅片管式换热器的应用更为广泛,而优化和提高翅片管式换热器空气侧的传热和流阻特性,也就相应的成为制冷空调领域的一个极其重要的研究课题。换热器空气侧性能受自身结构参数以及外界环境因素的影响,自身结构参数包括翅片间距、翅片厚度、管排数等,外界环境因素包括换热器进口空气干球温度、湿球温度和迎面空气流速、空气流量以及空气进风条件(自由进风、受限进风)等。

　　目前,结霜工况下工作的制冷换热器基本上采用平翅片,高效翅片的使用未见报道。干工况下所进行的理论研究及实验研究都表明,在平翅片上开小圆孔是一种简单有效的强化传热措施,其强化机理在于,小孔可以破坏边界层以及增强气流的扰动,从而使局部换热系数提高。对称圆孔翅片和三对称大直径圆孔翅片(又简称SK型翅片)就是依据此原理为改进依据发展起来的。

　　前期模拟及相关实验都证实,相对于矩形平翅片,SK型翅片具有*优的强化传热效果。方赵嵩利用FLUENT软件对平翅片、对称圆孔翅片和SK型翅片空气侧的流动及换热进行了数值模拟,对不同风速下的速度场、温度场和努谢尔特数分布的数值模拟结果进行了分析,结果表明:数值模拟的结果与早期实验结果吻合较好,误差控制在10%以内。同时,模拟结果还表明:同等条件下,SK型翅片的平均表面传热系数比平翅片平均高出25.7%。在模拟结果证实SK型翅片是一种传热效果优越的片型的基础上,方赵嵩利用风洞试验台在结霜工况下对平翅片、对称圆孔翅片和SK型翅片管式换热器进行了换热与制冷性能的对比性实验,实验结果表明:结霜工况下下,与平翅片及圆孔翅片相比,SK型翅片的强化传热效果*好。

　　为进一步说明SK型翅片优越的强化传热效果,并将科学研究成果转化为生产力,使SK型翅片可以量化生产。张杰等人制作了平翅片冷风机及SK型翅片冷风机各一台,并将已有的按冷库标准建造的人工气候室进行改造,对两台冷风机的节能性能进行了对比性工业样机试验。试验结果证实:本项目所开发出来的SK型制冷换热器是一种传热性能优异、能效比高的节能产品,

　　以上研究成果结果还不能**反映SK型翅片的空气侧特性,目前,有关换热器空气侧性能的研究主要分为:实验研究和数值模拟研究。由于制冷工况下进行换热的两种流体在换热器内部的流态极其复杂,这就使得数值模拟难以得到可靠的研究结果。因此,目前对换热器空气侧特性的研究,主要还是以实验研究为主。

　　本文在前人实验研究和理论研究的基础上,利用已有风洞试验台,在结霜工况下,采用实验的方法研究了SK型翅片管式换热器的传热和流阻特性,分析了不同入口空气流速和相对湿度对SK性翅片管式换热器传热与流阻特性的影响情况,并回归出SK型翅片管的努谢尔特数Nu和摩擦系数f的准则关联式。实验结果表明:①入口空气温度恒定为28℃时,在实验时间段内,SK型翅片管表面霜层生长始终处于结晶生长期时,SK型翅片管式换热器的制冷量Φ、翅片表面传热系数h和空气侧压降ΔP值都随着入口空气流速和相对湿度的增大而增大。同时在相同的入口空气流速和相对湿度下,换热器的制冷量Φ、翅片表面传热系数h和空气侧压降ΔP值随着结霜时间的进行是不断增大的。②入口空气温度恒定18℃时, SK型翅片管表面结霜经历了三个阶段——结晶生长期、霜层生长期和霜层充分生长期。此时,SK型翅片管式换热器的制冷量Φ、翅片表面传热系数h、空气侧压降ΔP和COP值都随着入口空气流速和相对湿度的增大而增大。同时在相同的入口空气流速和相对湿度下,换热器的制冷量Φ、翅片表面传热系数h和COP值随着结霜时间的进行是先增大而后逐渐降低。

　　结霜工况下,对不同入口空气流速和相对湿度对SK型翅片管式换热器传热及阻力特性的影响进行深入分析,进一步阐明了结霜工况下SK型翅片管式换热器换热及内部流动的内在机理,加深了对SK型翅片管式换热器工作过程的理解,为SK型翅片管式换热器阻力和热工的优化设计提供基础依据,为其工业应用提供技术支撑。