SK型制冷換熱器傳熱與流阻特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、換熱設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其傳熱性能的好壞對(duì)節(jié)能有著重要意義。目前，翅片管式換熱器被廣泛應(yīng)用于能源動(dòng)力、化工、冶金、空調(diào)、食品冷藏加工等諸多行業(yè)，特別是在制冷及空調(diào)領(lǐng)域，翅片管式換熱器的應(yīng)用更為廣泛，而優(yōu)化和提高翅片管式換熱器空氣側(cè)的傳熱和流阻特性，也就相應(yīng)的成為制冷空調(diào)領(lǐng)域的一個(gè)極其重要的研究課題。換熱器空氣側(cè)性能受自身結(jié)構(gòu)參數(shù)以及外界環(huán)境因素的影響，自身結(jié)構(gòu)參數(shù)包括翅片間距、翅片厚度、管排數(shù)等，外界環(huán)境因素包括換熱器進(jìn)口空氣

2、干球溫度、濕球溫度和迎面空氣流速、空氣流量以及空氣進(jìn)風(fēng)條件（自由進(jìn)風(fēng)、受限進(jìn)風(fēng)）等。
　　目前，結(jié)霜工況下工作的制冷換熱器基本上采用平翅片，高效翅片的使用未見報(bào)道。干工況下所進(jìn)行的理論研究及實(shí)驗(yàn)研究都表明，在平翅片上開小圓孔是一種簡單有效的強(qiáng)化傳熱措施，其強(qiáng)化機(jī)理在于，小孔可以破壞邊界層以及增強(qiáng)氣流的擾動(dòng)，從而使局部換熱系數(shù)提高。對(duì)稱圓孔翅片和三對(duì)稱大直徑圓孔翅片（又簡稱SK型翅片）就是依據(jù)此原理為改進(jìn)依據(jù)發(fā)展起來的。
　　

3、前期模擬及相關(guān)實(shí)驗(yàn)都證實(shí)，相對(duì)于矩形平翅片，SK型翅片具有最優(yōu)的強(qiáng)化傳熱效果。方趙嵩利用FLUENT軟件對(duì)平翅片、對(duì)稱圓孔翅片和SK型翅片空氣側(cè)的流動(dòng)及換熱進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)不同風(fēng)速下的速度場、溫度場和努謝爾特?cái)?shù)分布的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：數(shù)值模擬的結(jié)果與早期實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，誤差控制在10％以內(nèi)。同時(shí)，模擬結(jié)果還表明：同等條件下，SK型翅片的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比平翅片平均高出25.7%。在模擬結(jié)果證實(shí)SK型翅片是一種傳熱效果

4、優(yōu)越的片型的基礎(chǔ)上，方趙嵩利用風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)在結(jié)霜工況下對(duì)平翅片、對(duì)稱圓孔翅片和SK型翅片管式換熱器進(jìn)行了換熱與制冷性能的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：結(jié)霜工況下下，與平翅片及圓孔翅片相比，SK型翅片的強(qiáng)化傳熱效果最好。
　　為進(jìn)一步說明SK型翅片優(yōu)越的強(qiáng)化傳熱效果，并將科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使SK型翅片可以量化生產(chǎn)。張杰等人制作了平翅片冷風(fēng)機(jī)及SK型翅片冷風(fēng)機(jī)各一臺(tái)，并將已有的按冷庫標(biāo)準(zhǔn)建造的人工氣候室進(jìn)行改造，對(duì)兩臺(tái)冷風(fēng)機(jī)的節(jié)能性

5、能進(jìn)行了對(duì)比性工業(yè)樣機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：本項(xiàng)目所開發(fā)出來的SK型制冷換熱器是一種傳熱性能優(yōu)異、能效比高的節(jié)能產(chǎn)品，
　　以上研究成果結(jié)果還不能全面反映SK型翅片的空氣側(cè)特性，目前，有關(guān)換熱器空氣側(cè)性能的研究主要分為：實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。由于制冷工況下進(jìn)行換熱的兩種流體在換熱器內(nèi)部的流態(tài)極其復(fù)雜，這就使得數(shù)值模擬難以得到可靠的研究結(jié)果。因此，目前對(duì)換熱器空氣側(cè)特性的研究，主要還是以實(shí)驗(yàn)研究為主。
　　本文在前人實(shí)驗(yàn)研究和

6、理論研究的基礎(chǔ)上，利用已有風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)，在結(jié)霜工況下，采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了SK型翅片管式換熱器的傳熱和流阻特性，分析了不同入口空氣流速和相對(duì)濕度對(duì)SK性翅片管式換熱器傳熱與流阻特性的影響情況，并回歸出SK型翅片管的努謝爾特?cái)?shù)Nu和摩擦系數(shù)f的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①入口空氣溫度恒定為28℃時(shí)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)，SK型翅片管表面霜層生長始終處于結(jié)晶生長期時(shí)，SK型翅片管式換熱器的制冷量Φ、翅片表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和空氣側(cè)壓降ΔP值都隨著入口空氣

7、流速和相對(duì)濕度的增大而增大。同時(shí)在相同的入口空氣流速和相對(duì)濕度下，換熱器的制冷量Φ、翅片表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和空氣側(cè)壓降ΔP值隨著結(jié)霜時(shí)間的進(jìn)行是不斷增大的。②入口空氣溫度恒定18℃時(shí)，SK型翅片管表面結(jié)霜經(jīng)歷了三個(gè)階段——結(jié)晶生長期、霜層生長期和霜層充分生長期。此時(shí)，SK型翅片管式換熱器的制冷量Φ、翅片表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h、空氣側(cè)壓降ΔP和COP值都隨著入口空氣流速和相對(duì)濕度的增大而增大。同時(shí)在相同的入口空氣流速和相對(duì)濕度下，換熱器的制冷量Φ、翅