翅片管换热器广泛应用于空气源热泵室外机组,其传热和阻力特性的改善有助于提高热泵机组的整体性能。为了增强空气侧的传热,研究人员对平板翅片进行了大量的改进,如使用波纹翅片来延伸空气的流线,用不连续翅片打破流体的边界层,用带涡流发生器的翅片产生纵向和横向涡流。这些高能翅片广泛应用于生产和科研中。
在结霜工况下,波纹翅片、不连续翅片等高能翅片流动阻力大,导致翅片表面风速降低,加剧结霜的形成,严重影响翅片管换热器的性能,甚至丧失强化传热特性。严重阻碍空气源热泵实际应用的是室外机的结霜问题,尤其是在我国长江流域。
翅片上的孔洞可以不断地呼吸空气,导致二次流频繁破坏边界层的发展,从而以增加阻力为代价,大大提高了翅片管换热器的传热性能。当翅片间距为10.0 mm时,传热效果较好。对于10.0 mm的翅片间距,在空气雷诺数范围为750 ~ 2350的条件下,比较了穿孔翅片管换热器与平翅片(非穿孔翅片)管换热器的传热能力。与平板翅片管换热器相比,当空气雷诺数为750时,穿孔翅片管换热器的传热因子(无量纲表面传热系数)提高了0.3%;当空气雷诺数为2 350时,穿孔翅片管换热器的传热系数提高了8.1%,且压降不明显。
空气源热泵的室外机在冬季制热工况下是蒸发器,在夏季制冷工况下是冷凝器。当室外单元充当冷凝器时,冷空气对其冷却的热交换效果得以实现。当室外机作为蒸发器使用时,当空气流过翅片管换热器时,很容易在其表面析出冷凝水。在不考虑室外机结霜的情况下,湿工况比干工况更有利于翅片管换热器的传热。
对于翅片管换热器,传热发生在基管和翅片表面。合理使用各种边界条件(对称边界条件、周期边界条件等)和选择模拟区域可以缩短计算时间,提高计算精度。对于空气源热泵的翅片管换热器,开圆孔的目的是为了在干(湿)工况下具有比平翅片更好的传热性能;在结霜条件下,霜层不易堵塞小孔,在除霜循环中仍能保持优良的传热强化特性。
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