黃 楚 谷 波 田 鎮(zhèn) 沙宇雄

(1 上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所 上海 200240；2 上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海 201306)

筒型組合式空調(diào)機(jī)組是一種新型高效空調(diào)末端裝置，機(jī)組的換熱器采用特制的斷面為圓形的筒型翅片管換熱器。作為制冷設(shè)備中的核心換熱部件，筒型翅片管換熱器與傳統(tǒng)翅片管換熱器相比具有漏風(fēng)率低、空氣側(cè)阻力小、占用空間小的明顯優(yōu)勢(shì)[1]。

筒型換熱器的技術(shù)核心是實(shí)現(xiàn)了過(guò)渡季節(jié)高效而簡(jiǎn)單的空氣旁通：工作季節(jié)時(shí)，出口風(fēng)閥關(guān)閉，空氣到達(dá)風(fēng)閥后向四周橫向擴(kuò)散并通過(guò)換熱器，實(shí)現(xiàn)高效換熱；過(guò)渡季節(jié)時(shí)，出口風(fēng)閥打開(kāi)，空氣直接從換熱器軸向通過(guò)，而不經(jīng)過(guò)換熱器，風(fēng)阻極低，因此大幅減小了過(guò)渡季節(jié)為克服換熱器阻力而浪費(fèi)的功耗，起到節(jié)能的效果。

在筒型翅片管換熱器的換熱過(guò)程中，空氣側(cè)熱阻占總熱阻的主要部分，因此建立準(zhǔn)確的空氣側(cè)換熱模型不僅對(duì)筒型翅片管換熱器的強(qiáng)化換熱研究具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)筒型翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析也具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

目前，針對(duì)翅片管換熱器的空氣側(cè)換熱研究主要集中于建立更加精確的空氣側(cè)換熱的預(yù)測(cè)模型，以及研究影響換熱效果的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，且研究對(duì)象多為傳統(tǒng)形式的翅片管換熱器。D.T.Beecher等[2]完成了最早的人字形波紋片式翅片管換熱器的研究，R.L.Webb等[3-4]對(duì)Beecher的實(shí)驗(yàn)重新編排并提出了關(guān)聯(lián)式結(jié)果，但提出的關(guān)聯(lián)式未充分考慮可能產(chǎn)生影響的結(jié)構(gòu)參數(shù)，導(dǎo)致關(guān)聯(lián)式雖然能夠?qū)ζ湔撐闹械膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較好擬合，但對(duì)于新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)泛化能力較差。為了得到涵蓋范圍更廣的關(guān)聯(lián)式，C.C.Wang等[5-9]進(jìn)行了充分變工況、變結(jié)構(gòu)、變翅片形式的換熱器實(shí)驗(yàn)，關(guān)聯(lián)式結(jié)果得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，能夠適用大范圍的換熱因子j與摩擦因子f的預(yù)測(cè)。B.Youn等[10]在總結(jié)前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同結(jié)構(gòu)正弦波紋片的實(shí)驗(yàn)，提出了適用于正弦波紋的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。Ma Xiaokui等[11]對(duì)多種翅片形式換熱器進(jìn)行了研究，得到三角波紋片與間斷式翅片在濕工況下的傳熱與阻力實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正已有關(guān)聯(lián)式來(lái)預(yù)測(cè)不同工況與不同結(jié)構(gòu)的換熱器性能，也是常用的方法。谷波等[12]針對(duì)正弦波紋形式的翅片管換熱器的空氣側(cè)傳熱進(jìn)行了進(jìn)一步研究，對(duì)原有關(guān)聯(lián)式系數(shù)進(jìn)行了修正。梁斌等[13]在原公式基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出低氣壓條件下的換熱器顯熱與潛熱的換熱公式。

對(duì)于筒型翅片管換熱器，由于其特殊的風(fēng)路結(jié)構(gòu)，各排的風(fēng)側(cè)參數(shù)呈非線性變化，導(dǎo)致空氣側(cè)傳熱特性明顯區(qū)別于傳統(tǒng)翅片管換熱器，目前針對(duì)筒型翅片管換熱器的相關(guān)研究還處于起步階段。曾煒杰等[1,14]提出一種各排間換熱模型采用集總參數(shù)法，逐排參數(shù)傳遞的分排參數(shù)換熱模型，并對(duì)比分析了筒型翅片管換熱器與傳統(tǒng)換熱器的性能，彭文豪等[15]以單排換熱管為單元，研究了對(duì)單排換熱管進(jìn)行迭代求解時(shí)出現(xiàn)的收斂性問(wèn)題。

目前尚無(wú)圓筒結(jié)構(gòu)的翅片管換熱器空氣側(cè)換熱模型的研究。本文針對(duì)筒型翅片管換熱器與傳統(tǒng)翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)換熱模型進(jìn)行了理論分析，基于現(xiàn)有翅片管換熱器數(shù)值模型中的空氣側(cè)關(guān)聯(lián)式，提出一種通用于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與筒型結(jié)構(gòu)的翅片管換熱器空氣側(cè)關(guān)聯(lián)式，最后通過(guò)多組變工況、變結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)對(duì)式中的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行修正，得到了具有更加普適應(yīng)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

1 筒型換熱器空氣側(cè)換熱理論分析

1.1 現(xiàn)有空氣側(cè)換熱關(guān)聯(lián)式總結(jié)

本文總結(jié)了幾種當(dāng)前認(rèn)可度較高的空氣側(cè)換熱特性的理論預(yù)測(cè)模型，如表1所示。由于本文研究的筒型翅片管換熱器對(duì)象為正弦波紋形式，因此將主要基于關(guān)聯(lián)式1進(jìn)行系數(shù)修正。

表1 各關(guān)聯(lián)式形式及引用來(lái)源

1.2 筒型換熱器中翅片間距及風(fēng)速變化規(guī)律

筒型翅片管換熱器原理如圖2所示。筒型翅片管換熱器與傳統(tǒng)換熱器的最大區(qū)別在于，各排翅片間距沿氣流方向逐漸增大，導(dǎo)致各排的流通面積不同，從而使各排的平均風(fēng)速與最大風(fēng)速均不同。

圖1 圓筒型空調(diào)機(jī)組與筒型翅片管換熱器

圖2 筒型翅片管換熱器原理

筒型翅片管換熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)定義如圖3所示。在筒型翅片管換熱器中，定義中心片距Fp為靠近圓心側(cè)的翅片端點(diǎn)的間距，即最小圓弧圈處的翅片間距大小；約定靠近圓心的最內(nèi)圈管排序號(hào)為1，管排序號(hào)向外依次增大。最小圓弧的半徑與第一排管圓弧半徑相差半個(gè)沿氣流方向管排距。根據(jù)幾何相似性可以得到各排管翅片間距與管排序號(hào)的關(guān)系如式(1)所示。

圖3 筒型翅片管換熱器結(jié)構(gòu)

(1)

由式(1)可知，在筒型換熱器中，各排翅片間距大小Fp(n)與中心片距Fp、最內(nèi)圈半徑R(1)、沿氣流方向管排距Pt、所在管排序號(hào)n均相關(guān)。

各排的最大風(fēng)速與換熱器體積風(fēng)量、最小流通面積Smin有關(guān)，而Smin隨管排數(shù)序號(hào)增加，呈非線性變化；同時(shí)空氣在熱濕交換過(guò)程中的密度不斷改變，導(dǎo)致最大風(fēng)速變化規(guī)律復(fù)雜。以三角波紋換熱器(結(jié)構(gòu)參數(shù)：Fp=3.1 mm，Dc=12.70 mm，N=6，Pl=27.5 mm，垂直排數(shù)16排，圓弧度角316°，回路形式為半回路)為例，實(shí)驗(yàn)工況為：循環(huán)風(fēng)量8 024 m3/h，進(jìn)風(fēng)干、濕球溫度分別為28.53 ℃和22.98 ℃，進(jìn)水溫度為6.95 ℃，水質(zhì)量流量為10 149.85 kg/h。

各排迎面風(fēng)速和最大風(fēng)速隨管排位置的變化如圖4所示。

圖4 各排管迎面風(fēng)速與最大風(fēng)速

由圖4可知，迎面風(fēng)速隨所在管排的序號(hào)改變變化相對(duì)平緩，且基本呈線性變化。這是由于迎面風(fēng)速主要與迎風(fēng)面積相關(guān)，而迎風(fēng)面積大小與各排換熱管圓弧直徑成正比，因此迎風(fēng)面積也近似成正比關(guān)系；而最大風(fēng)速的變化更為劇烈，且不符合線性變化規(guī)律。因此，雷諾數(shù)的變化將變得更為復(fù)雜，Re對(duì)換熱性能的影響也呈現(xiàn)新的規(guī)律。

綜上所述，筒型換熱器的空氣側(cè)換熱與傳統(tǒng)方形換熱器具有不同特點(diǎn)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空氣側(cè)關(guān)聯(lián)式不適用于筒型結(jié)構(gòu)，針對(duì)筒型換熱器結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式具有重要意義。應(yīng)對(duì)原有公式形式進(jìn)行修正，修正后的關(guān)聯(lián)式應(yīng)能夠反映各排直徑變化、翅片間距變化等因素對(duì)換熱性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與工況

為了研究筒型翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)空氣側(cè)換熱因子的影響，本文對(duì)3種具有不同內(nèi)外圈直徑的筒型翅片管換熱器以及1種傳統(tǒng)形式的翅片管換熱器進(jìn)行了共計(jì)33組變工況實(shí)驗(yàn)，換熱器的波紋形式均為正弦波紋，實(shí)驗(yàn)工況測(cè)試范圍如表2所示，樣品參數(shù)如表3所示(所有樣品的相同尺寸參數(shù)為：Dc=12.70 mm，Pt=31.75 mm，Pl=27.5 mm，N=4)。其中，傳統(tǒng)換熱器的內(nèi)圈直徑是指單排管的長(zhǎng)度。

表2 實(shí)驗(yàn)工況范圍

表3 波紋翅片管換熱器結(jié)構(gòu)尺寸

2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為大型換熱器，實(shí)驗(yàn)主要在大型焓差實(shí)驗(yàn)室中完成，大型換熱器將會(huì)造成實(shí)驗(yàn)臺(tái)負(fù)荷較大，因此需要水系統(tǒng)提供足夠冷量，采用水冷式冷水機(jī)組供冷。水溫由冷水機(jī)組、高溫?zé)岜脵C(jī)組與管路電加熱設(shè)備協(xié)同控制，主要通過(guò)三通閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)初步的水溫控制；同時(shí)使用管路中加熱器對(duì)水溫微調(diào)，實(shí)現(xiàn)更加精確的控溫，水系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖5 水系統(tǒng)原理

環(huán)境室的部分主要包括環(huán)境間、工況間、風(fēng)量測(cè)量裝置等設(shè)備，環(huán)境室內(nèi)分為上下兩層，下層功能設(shè)備主要包括均流器、噴嘴、取風(fēng)樣機(jī)、風(fēng)機(jī)等；上層功能設(shè)備主要包括過(guò)濾器、表冷器、熱濕精準(zhǔn)控制等。空氣首先在工況間進(jìn)行熱濕處理，由壓縮冷凝機(jī)組的冷熱盤(pán)管提供冷、熱量，之后風(fēng)道內(nèi)的電加熱進(jìn)行精確溫控，最后電加熱、電加濕設(shè)備調(diào)節(jié)濕球溫度。處理后的空氣滿足實(shí)驗(yàn)要求的進(jìn)風(fēng)狀態(tài)，由變頻風(fēng)機(jī)引入環(huán)境室，進(jìn)入換熱器進(jìn)行測(cè)試。環(huán)境室原理如圖6所示。

1進(jìn)風(fēng)取樣器；2、8、13 RTD(Pt100Ω)；3取樣風(fēng)機(jī)(進(jìn)風(fēng))；4變頻風(fēng)機(jī)；5換熱器樣品；6出水管路；7進(jìn)水管路；9水系統(tǒng)；10壓力變送器；11均流器；12出風(fēng)取樣器；14取樣風(fēng)機(jī)(出風(fēng))；15壓差變送器；16噴嘴室；17輔助引風(fēng)機(jī)；18旁通風(fēng)閥；19表冷加熱盤(pán)管；20電加熱/加濕；21變頻風(fēng)機(jī)；22吊頂冷風(fēng)機(jī)。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)安捷倫數(shù)據(jù)采集儀34972A獲得；設(shè)備啟停、工況設(shè)定及所有數(shù)據(jù)的采集計(jì)算工作，均在監(jiān)控電腦上進(jìn)行。

為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在流動(dòng)穩(wěn)定后在等時(shí)間間隔下測(cè)量7次，取平均作為該組工況的測(cè)量結(jié)果，各參數(shù)的測(cè)試精度如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)試精度

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)溫差的LMTD處理法，關(guān)鍵處理步驟如下：

1)取實(shí)驗(yàn)測(cè)得的空氣側(cè)換熱量與水側(cè)換熱量的算術(shù)平均值，作為系統(tǒng)的實(shí)際換熱量：

(2)

2)根據(jù)熱阻計(jì)算方程，得到總換熱量與水側(cè)、空氣側(cè)傳熱系數(shù)的關(guān)系，由于管壁導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于水側(cè)與空氣側(cè)，為簡(jiǎn)化計(jì)算忽略此項(xiàng)：

Qm=UAΔT

(3)

(4)

ΔT=φ(ΔTm)ctf

(5)

3)采用Gnielinski關(guān)聯(lián)式[16]計(jì)算水側(cè)傳熱系數(shù)：

(6)

fi=[1.58ln(ReDi)-3.28]-2

(7)

4)假設(shè)空氣側(cè)傳熱系數(shù)初值，通過(guò)迭代直至空氣側(cè)顯熱的兩種計(jì)算方法結(jié)果差異小于一極小值ε，則判定為收斂：

Q1=Gacp,a(Ta,out-Ta,in)

(8)

Q2=hoAoηo(To,m-To,sur)

(9)

(10)

迭代至|Q1-Q2|<ε時(shí)，結(jié)束。

5)根據(jù)迭代得到的傳熱系數(shù)，使用Colburn換熱因子j來(lái)表征空氣側(cè)換熱性能：

(11)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 換熱因子與雷諾數(shù)變化趨勢(shì)

筒型與傳統(tǒng)換熱器的空氣側(cè)換熱因子j與空氣側(cè)最窄流通面的Re關(guān)系如圖7所示，圖中筒型翅片管換熱器為表4中的樣品2，傳統(tǒng)換熱器為樣品4。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者的j均隨著Re的增大而減小，且Re較低時(shí)，Re變化對(duì)j影響較大；Re較高時(shí)，Re變化對(duì)j影響逐漸減小。這與Wang C.C.等[5-9]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明筒型翅片管換熱器的j隨Re的變化趨勢(shì)與傳統(tǒng)換熱器相同。

圖7 換熱因子j實(shí)驗(yàn)值與空氣側(cè)最窄流通面Re的關(guān)系

3.2 現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式的適用性分析

已有的空氣側(cè)換熱因子關(guān)聯(lián)式的研究均是針對(duì)傳統(tǒng)換熱器，未考慮筒型翅片管換熱器各排最大風(fēng)速與Re非線性變化，因此將不適用于筒型翅片管換熱器。

圖8所示為實(shí)驗(yàn)測(cè)得換熱因子與表1中關(guān)聯(lián)式1預(yù)測(cè)換熱因子的誤差對(duì)比。由圖8可知，關(guān)聯(lián)式1對(duì)于傳統(tǒng)形式的換熱器擬合度較好，誤差均在0～10%的誤差區(qū)間，平均誤差為7.53%，最大誤差僅為8.75%，證明了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性以及關(guān)聯(lián)式1的可靠性。

圖8 現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式換熱因子j預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

而對(duì)于筒型翅片管換熱器，關(guān)聯(lián)式1的預(yù)測(cè)值誤差全部在30%以上，所有筒型翅片管換熱器的平均誤差為81.16%，最大誤差達(dá)到了133.99%，且預(yù)測(cè)值均高于實(shí)驗(yàn)值。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)換熱器的預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)式未考慮筒型翅片管換熱器各排風(fēng)速變化對(duì)換熱帶來(lái)的影響，直接使用空氣側(cè)最窄流通面的Re代入關(guān)聯(lián)式。由于圓筒換熱器的風(fēng)速、Re由內(nèi)至外逐排遞減，實(shí)際的整體平均Re會(huì)低于空氣側(cè)最窄流通面的Re，從而造成巨大的誤差，因此傳統(tǒng)換熱器模型不適用于筒型翅片管換熱器。

3.3 筒型換熱器實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式開(kāi)發(fā)

以表1中列舉的關(guān)聯(lián)式1[10]為例，該學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)影響空氣側(cè)換熱的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為：雷諾數(shù)、沿氣流方向管間距、垂直氣流方向管間距、翅片間距、管外徑、翅片形狀這6個(gè)因素。筒型翅片管換熱器由于其特殊結(jié)構(gòu)，雷諾數(shù)與翅片間距項(xiàng)是存在變化的，各排風(fēng)速也呈現(xiàn)非線性變化，難以直接代入公式。

換熱器結(jié)構(gòu)如圖9所示。考慮筒型翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，各排直徑逐排向外增大，翅片間距也逐漸增大，若將筒型翅片管換熱器的各管排拉直，可以將筒型翅片管換熱器視為一種梯形管排的換熱器，有效長(zhǎng)度沿氣流方向逐排增大。傳統(tǒng)翅片管換熱器也可以看做是一種特殊的內(nèi)圈直徑趨于無(wú)窮大的筒型翅片管換熱器，所以在拉直后，沿氣流方向的有效長(zhǎng)度和翅片間距也幾乎無(wú)變化。因此，合理的筒型空氣側(cè)性能預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)式，也適用于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖9 換熱器結(jié)構(gòu)

針對(duì)正弦波紋的筒型翅片管換熱器，本文在表1中關(guān)聯(lián)式1的基礎(chǔ)上，提出一種用最內(nèi)圈翅片間距Fp(1)與最外圈翅片間距Fp(N)的算數(shù)平均值Fp,mid代替原關(guān)聯(lián)式中翅片間距，并對(duì)Re的冪增加了表征筒型翅片管換熱器拉直后的梯形傾斜程度的修正因子。

修正后得到的筒型翅片管換熱器空氣側(cè)換熱新關(guān)聯(lián)式形式為：

(12)

(13)

式中：C1～C6為常系數(shù)；Fp,mid為最內(nèi)圈與最外圈翅片間距的算數(shù)平均值，F(xiàn)p,mid=(Fp(1)+Fp(N))/2；(D(N)/D(1))為最外圈與最內(nèi)圈直徑之比；(Pt/D(1))為排距與最內(nèi)圈直徑之比。

傳統(tǒng)形式換熱器可視為一種特殊的筒型翅片管換熱器，其內(nèi)圈直徑D(1)趨近于正無(wú)窮∞，此時(shí)：

(14)

(15)

Fp,mid≈Fp

(16)

將式(14)～式(16)的化簡(jiǎn)值代回關(guān)聯(lián)式式(12)、式(13)，發(fā)現(xiàn)修正因子約掉后，關(guān)聯(lián)式與修正前的形式一致，因此也能正確對(duì)傳統(tǒng)換熱器進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.4 關(guān)聯(lián)式系數(shù)擬合結(jié)果

利用本文得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)3.3節(jié)中提出的筒型翅片管換熱器關(guān)聯(lián)式(12)、關(guān)聯(lián)式(13)中的新增系數(shù)C1～C6進(jìn)行擬合，得到新的關(guān)聯(lián)式：

(17)

(18)

圖10所示為利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新擬合的新關(guān)聯(lián)式的換熱因子j的預(yù)測(cè)對(duì)比，與圖8對(duì)比可知，修正后關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)精度大幅提升，±20%誤差區(qū)間的數(shù)據(jù)占93.75%，且誤差分布均勻，平均誤差為8.86%，最大誤差為25.47%。

圖10 新關(guān)聯(lián)式換熱因子j預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

新關(guān)聯(lián)式與原關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)的各樣品誤差對(duì)比如表5所示。針對(duì)3個(gè)圓筒型樣品，新關(guān)聯(lián)式的平均誤差分別為13.13%、7.49%、7.20%；原關(guān)聯(lián)式的平均誤差分別為85.78%、83.96%、74.31%，由此可知，新關(guān)聯(lián)式對(duì)筒型換熱器的預(yù)測(cè)精度更高。

表5 修正后關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)偏差

如1.3節(jié)中所述，該關(guān)聯(lián)式也能較好地預(yù)測(cè)傳統(tǒng)形式換熱器，把傳統(tǒng)換熱器視為一種特殊的內(nèi)圈直徑D(1)趨于無(wú)窮大的筒型翅片管換熱器，關(guān)聯(lián)式將退化為修正前的形式。新關(guān)聯(lián)式對(duì)傳統(tǒng)換熱器樣品4的平均誤差為8.80%，與原關(guān)聯(lián)式平均誤差7.53%相比沒(méi)有明顯劣勢(shì)。因此，本文提出的關(guān)聯(lián)式不但能更好的適用于筒型翅片管換熱器，也保持了對(duì)傳統(tǒng)翅片管換熱器的預(yù)測(cè)精度。

4 結(jié)論

本文針對(duì)筒型翅片管換熱器空氣側(cè)流動(dòng)與風(fēng)速分布的特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于目前預(yù)測(cè)精度相對(duì)較好且認(rèn)可度較高的傳統(tǒng)翅片管換熱器的空氣側(cè)換熱模型，提出了一種能反映筒型翅片管換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)、同時(shí)又涵蓋筒型翅片管換熱器與傳統(tǒng)翅片管換熱器的新通用關(guān)聯(lián)式形式，并針對(duì)筒型翅片管換熱器進(jìn)行了多組變結(jié)構(gòu)、變工況的實(shí)驗(yàn)分析。得到如下結(jié)論：

1)筒型翅片管換熱器的空氣側(cè)換熱因子j隨Re的變化趨勢(shì)與傳統(tǒng)換熱器相同，j隨Re的增大而減小；且Re較低時(shí)，Re變化對(duì)j的影響較大；Re較高時(shí)，Re變化對(duì)j影響逐漸減小。

2)使用現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)筒型翅片管換熱器的換熱因子，平均誤差達(dá)到81.16%，最大誤差達(dá)到133.99%，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)關(guān)聯(lián)式無(wú)法反映圓筒換熱器各排參數(shù)差異，因而不適用于筒型翅片管換熱器。

3)本文修正后的新關(guān)聯(lián)式對(duì)筒型結(jié)構(gòu)的翅片管換熱器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好預(yù)測(cè)，平均相對(duì)誤差為8.86%，且誤差分布均勻，大幅提高了換熱模型對(duì)筒型翅片管換熱器的適用性，同時(shí)也保持了關(guān)聯(lián)式對(duì)傳統(tǒng)翅片管換熱器空氣側(cè)換熱的預(yù)測(cè)精度。

符號(hào)說(shuō)明

j——Colburn換熱因子

Re——雷諾數(shù)

s——翅片間距，m

Dc——包含翅片厚度的管外徑，m

Dh——水力直徑，m

R——管排圓弧半徑，m

D——管排圓弧直徑，m

Xf——翅片波紋的投影長(zhǎng)度，m

Pt——沿氣流方向排距，m

Pl——垂直氣流方向排距，m

Pd——翅片波紋的波峰到波谷高度差，m

N——沿氣流方向總管排數(shù)

Sf——翅片間距，m

Le——換熱器有效長(zhǎng)度，m

U——換熱器總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)

A——換熱器的傳熱面積，m2

T——溫度，K

ΔT——逆流交叉形式對(duì)數(shù)溫差，K

(ΔTm)ctf——換熱器內(nèi)冷熱流體逆流布置時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差，K

ηo——整體翅片效率

η——翅片效率

h——對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)

Pr——普朗特?cái)?shù)

f——阻力系數(shù)

G——質(zhì)量流通流量，kg/s

cp——定壓比熱容，J/(kg·K)

K——傳熱系數(shù)，W/(m·K)

Fp——最內(nèi)側(cè)翅片間距，m

n——沿氣流方向第n排管序號(hào)

Fp(n)——第n排管的翅片間距，m

R(1)——第一排管的圓弧半徑，m

Q——換熱量，W

φ——溫差修正系數(shù)

下標(biāo)

a——空氣側(cè)

w——水側(cè)

m——算術(shù)平均

i——管內(nèi)

o——管外

f——翅片

in——入口

out——出口

sur——翅片表面