西双版纳缠绕翅片管的换热面积(图文)_无锡东绛采油机械|铭锋石化科技

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西双版纳缠绕翅片管的换热面积(图文)

加入时间:2020-06-15 文章来源:无锡东绛采油机械|铭锋石化科技点击量：

1什么是翅片管束？

将多个翅片管有规则地排列的热交换单元称为翅片管束。翅片管热交换器可以由翅片管束构成。

2翅片管束的结构如下所示？

翅片管(多根):传热的基本部件。

管箱(集装箱)或管板：连接翅片管两端的箱、弯管或钢板。翅片管与箱体或管板连接后，翅片管之间的间隔也一定，同时管箱使管内的流体成为连续的流路。

框架：支撑并固定整个翅片管束。

3翅片管的排列是什么？在一个管束中，翅片管的排列方式的选择很重要。有两种排列方式。叉子排列和叉子排列。

叉子是指软管在气流方向上交叉排列，顺送是指软管在气流方向上排列。

顺行和顺行的优点和缺点：

排列：在流体管外流动时，具有受干扰小、热交换系数低、但电阻小的优点。

叉排：在流体管外流动时，存在受到的干扰大、热交换系数高、但电阻大的缺点。

在电阻降低没有严格限制的情况下，必须优先叉排列，在所要求的电阻小时，必须选择顺序排列的方案。

4管箱的结构形式

如果管束的排列形式(排列或两股，以及管间隔的选择)主要考虑管外流体的热交换要求而决定，管箱的形式和结构主要考虑管内流体的压力和热交换要求。

一般来说，应遵循以下原则：

(1)管内流体的压力高时，一般采用大径的圆管作为管箱。

例如，在锅炉的应用中，几乎都采用圆管作为管箱。

2 )空冷器的应用，最好采用方形箱体。

方形箱体的优点是可以同时连接多列翅片管。当管内是蒸汽的凝结时，需要较大的蒸汽空间，一个管箱需要连接成多个管。

(3)当管内流体的进出口温度有很大差异时，管箱有可能因管列的热膨胀而变形时，最好采用分解式管箱。

4 )除了管束的列和后面的列，除了要采用相应的管箱连接外，其他各列都用弯头一对一连接。其优点是

可以提高热交换效率。理论上，一对一连接可以避免各排气管流体的混合，但流体的混合会降低传热温差和传热效率。

可以减少流体的流动阻力。一对一连接保证了流动截面积不变，避免了流体的膨胀和收缩。

弯头可以“吸收”热膨胀引起的变形。

最佳设计方法有翅片结构设计和制冷剂流路设计两部分。翅片尺寸决定管间距离，进而影响制冷剂流路的分配，因此首先设计翅片结构，然后设计制冷剂流路。图1是优化的设计流程图。 1 .翅片结构设计在翅片结构设计中，采用CFD法优化设计翅片结构。优化设计主要包括以下五个步骤：第一步：确定优异的翅高比Pt/Pl

这里，翅片的纵横比是指在相同的翅片面积下翅片效率高的翅片的纵横比。散热片效率可以作为翅片管热交换器的实际热交换量(Qactual，fin )与可能性高的热交换量(Qideal，fin )之比，如式(1)所示地定义。

Qactual，fin和Qideal，fin是从CFD计算出来的。 CFD几何模型采用双排管翅片换热器的边界条件是空调蒸发器的工况。在实际的散热片模型中，散热片在与管壁结合的理想的散热片模型中，散热片温度设定为与管壁温度相同。将空气的上表面和下表面定义为周期性的表面。从CFD计算的结果，得到了具有高翅片效率的翅片的优良纵横比Pt/Pl。

步骤2 :优化pt和Pl

在制冷状态下，在蒸发器的表面形成冷凝液膜。湿度太大的话，窗户和桥就会被这个液膜堵塞，其几何构造很像平面。因此，设计中采用平板的相关式来确定散热片尺寸。

在设计中，设定的优化目标函数和制约函数参照式(2)~(4)。优化目标函数用于分析性价比，参照式(2)。式(3)~(4)是以小管径热交换器热交换性能(UA )为规定值以上为制约条件的空气侧电压降在规定值以下.

第三步：优化散热片的狭缝结构

由于翅片狭缝结构的设计并未应用于小管径翅片换热器的性能预测关联式，因此本研究采用CFD法对换热器的换热与空气压力降进行模拟，确定出了良好的狭缝结构。

在窗板的几何参数中，缝隙角度和缝隙数是参数，缝隙的高度和缝隙宽度由两个参数决定。因此，优化窗户板的狭缝角度和狭缝个数n这2个自变量进行设计即可。在桥的几何结构参数中，狭缝的高度是翅间距的一半，狭缝宽度由狭缝数决定。因此，桥的狭缝翅片结构的设计只要使狭缝个数最优化即可。根据CFD计算结果，可以确定具有高热交换和低气压降的翅片的狭缝结构。

步骤4 :热交换器的性能测试

1.小径换热器性能的测试系统如图2所示。实验中的测试用例是根据房间空调的标准确定的。在实验结果的基础上，采用多重线性回归法开发了小管径换热器性能预测相关式，并应用到制冷剂流路设计的模拟程序中。

2 .制冷剂流路设计在制冷剂流路设计中，用基于模拟的方法设计。图3是基于模拟的制冷剂流路设计方法的流程图。设计首先根据换热器的尺寸确定换热器的备用结构，根据换热器的性能和成本调整管路结构，然后计算调整后的换热器的性能，确定下一个结构的调整方向，最终确定换热器管路结构。设计中采用基于知识的多目标优化方法，控制优化过程，得到优化结果。

本文利用基于图论的三维方差模型来预测不同流路换热器的性能。 Liu制作的模型和实验值的大偏差为10%。在Liu的模型中，将热交换器在长度、宽度、高度三个方向上分割为多个控制体。控制体包括制冷剂、空气、散热片热交换器三部分。制冷剂和空气的控制能量方程式和运动量方程式如式(7)~(11 )所示。

式中，Ai是制冷剂侧的热交换面积，Ao是空气侧的热交换面积，Ga，max是小流通面积下的空气流量，fa是空气摩擦系数是流通积的收缩比，Qfront、Qback、Qtop、Qbottom分别是来自前列、后列、上列、下列的散热片的传热量。

热交换系数和电压降预测的关联式的选择如表1所示。

优化采用基于知识的优化方法(KBEM )来优化换热器。其中包括改进遗传算法(IGA )和基于知识的优化模块(KOM )两部分。 KBEM的IGA是传统遗传算法的改进版，IGA可以得到初解来控制整个优化过程。采用基于知识的检索方法可以减少研究范围，提高优化效率。

3 :设计事例

本章采用前一章提出的设计方法，设计了采用5 mm管翅片管换热器的空调。比较验证空调的实验结果和设计结果。

在这种情况下，室内机热交换器采用了5 mm管散热片热交换器。室外机热交换器采用具有更大的散热片间距的7 mm管散热片热交换器，在热泵的情况下，防止结霜引起的热交换性能恶化。

散热片结构的设计结果

第一步：确定优良的翅高比Pt/Pl

在设计Pt/Pl时，CFD计算的边界条件设置为进口空气温度为300K，管壁温度为280K。其他边界条件与上一章相同。从图4所示的CFD的结果可知，优Pt/Pl比为1.23，散热片效率高。步骤2 :优化pt和Pl

第二步：在散热片尺寸设计中，5 mm管散热片的UA必须大于7 mm管散热片，5 mm管散热片热交换器的p必须小于7 mm管散热片热交换器。根据上述设计原则，散热片的性价比、传热效率、空气压力降的Pt引起的变化趋势如图5(a)~(c )所示。结果显示，Pt为18 mm时，w的值较大，满足UA和p的制约条件。根据优先Pt/Pl值，优先翼片尺寸成为1814.7 mm。

第三步：优化散热片的狭缝结构

根据确定的优先级翅尺寸，使用CFD方法计算3个狭缝窗口和4个狭缝窗口的性能。图6是狭缝数不同的散热片表面的空气温度分布图。热交换及空气电压降的计算结果如表2所示。计算结果表明，狭缝的高度随着狭缝数的增加而降低，4个狭缝窗具有更高的热交换量和更低的空气压力。

翅片管换热器广泛应用于家庭、商业、工业冷冻空调系统。如果把翅片管热交换器作为蒸发器和冷凝器的空调系统来采用的话，一定年限后就会在翅片表面产生灰尘和微生物等空气侧污垢，对蒸发器的性能产生影响。通过实验，研究了微生物污染对翅片管换热器换热和压降特性的影响。为了减少亲水层的脱落和接触热阻的影响，实验使用了新的热交换器。为了加速实验，用人工加速微生物生长的方法在散热片表面生长微生物的污垢。

1 )、轧制成形翅片管

2 )焊接成形翅片管(高频焊接翅片管、埋弧焊翅片管)

3 )、滚压成形翅片管

4 )、对翅片管进行成套成形

5 )、铸造翅片管

6 )、张力卷翅片管

7 )、插入管。

换热器的类型和工作性能

换热器根据其工作原理分为间壁式、混合式和蓄热式三种。

间壁式热交换器在热流体和冷流体之间有固体壁面，两种流体被固体壁面隔开，相互不接触，热传递必须通过壁面。

混合式热交换器通过冷热流体的直接接触进行热交换，热交换后理论上成为同温同压的混合介质流出。

蓄热式热交换器通过由固体填充物构成的蓄热体传递热，冷热流体依次交替地在由蓄热体构成的流路中流动。热流体流动的话，热在蓄热体中积蓄，其温度逐渐上升，与此相对，冷流体流动的话，蓄热体因放出热量而温度逐渐下降，反复这样做。