作者 張秀文

【摘要】板翅式換熱器作為一種高效新型緊湊式換熱器，其傳熱主要是依靠其重要的單元部件翅片來完成,其換熱能力是由翅片的擴展面大小和翅片對流體的擾動能力來決定。本文通過對四川川空換熱器有限公司生產的翅片利用穩定態的測試方法進行傳熱因子和摩擦因子的測試，得到Re~j, Re~f,的關系圖，為板翅式換熱器工程設計提供可靠的設計數據。
【關鍵詞】翅片；傳熱；板翅式換熱器
1 引言
板翅式換熱器作為一種新型高效換熱設備，由于其具有結構緊湊、傳熱效率高、輕巧牢固、適應性強、經濟性好等特點，目前在我國已廣泛應用于低溫法空氣分離、天然氣液化、石油化工、車輛工程、核工程、以及電子設備、微尺度設備工程等領域。與傳統的管殼式換熱器相比，其傳熱效率高20%~30%，成本可以降低50%。高效換熱型面及其測試技術一直以來都是熱力工作者的主要研究方向之一。本文采用由華中科技大學能源與動力工程學院熱科學與工程技術中心為四川川空換熱器有限公司設計開發的低速吸風式傳熱實驗風洞及數據采集處理系統，對四川川空換熱器有限公司生產的各種翅片進行了傳熱因子、摩擦因子測試，為板翅式換熱器工程設計提供可靠的設計數據。
2工程背景及換熱表面的傳熱性能測試方法簡介：
在 王松漢 老師主編的《板翅式換熱器》一書中，曾重點指出：“在對板翅式換熱器進行設計時，不僅應當根據翅片形式、翅片參數、而且要根據制造廠提供的雷諾準數Re與傳熱因子j，雷諾準數Re與摩擦因子f的關系圖，查得j和f的值，進行傳熱和流體阻力計算。雖然翅片的形式和參數都相同，但是由于不同工廠生產的翅片，加工方法和制造精度不同，翅片的毛刺、切開、翅片的變形情況也不同，都會引起j，f值的較大變化。因此工廠生產的板翅式換熱器，都應當根據該廠提供的Re與j，Re與f的關系圖進行換熱器設計，否則將會引起誤差。”有關板翅式表面性能數據最早由美國Norris R.H.進行研究，繼則有美國Kay W . Y.與London A.L.為首的Stanford大學研究小組進行了廣泛、系統地試驗研究，并將56種規格板翅表面的性能數據匯聚于《Compact Heat Exchangers 》中。這些早期的軍用翅片的規格與目前國內外普遍采用的翅片規格存在差異，直接采用這些數據還有困難。1965年我國由日本神鋼“ALEX”引進平直形、鋸齒形、多孔形翅片性能數據，由于國產標準翅片與日本神鋼“ALEX”的大致規格相同，國內有關工廠、設計院多沿用該曲線數據。該曲線只區別翅片形式，不區別每種翅片形式的尺寸。使用結果表明：在常用雷諾數Re=500~10000范圍內，約有15%的裕量。西安交通大學熱工實驗室對為便于編擬程序對圖表進行了曲線擬合：
鋸齒型翅片（雷諾數Re=300~7500）由此可見傳熱因子和阻力因子是板翅式換熱器設計中的一個基本數據在板翅式換熱器設計中有著至關重要的地位。板翅換熱表面由于形狀復雜、壁面極薄、流體通道十分狹窄，因而影響其表面傳熱性能的各種變量之間的關系十分復雜。到目前為止，除了簡單的幾何形狀的層流有解析解，一般匭臚ü笛槔床舛āＣ恐殖崞蝗缺礱嫻謀礱媧群妥枇π閱芏伎梢員硎疚?對于板翅表面，它難以用常規的測壁溫的方法來確定表面傳熱系數，所以目前國內外關于板翅換熱面的表面傳熱性能，往往都采用各種不需要測量壁面溫度的間接方法來求取的。一般分為兩類：①穩定態法 ②瞬變態法。但每一類又包含多種方法，它們所依據的原理不一樣，各有自己的特點和適用范圍。
2.1 板翅換熱表面傳熱性能穩定態測試技術：
這類方法的實質就是在穩態下，測定換熱器的傳熱系數K，并根據傳熱熱阻方程，將待測量一側流體與換熱面之間的平均表面傳熱熱阻R從總熱阻的測定值中分離出來，于是求得待測量一側的表面傳熱系數。傳熱熱阻方程為：式中：傳熱系數，分別是基于熱、冷側總表面積，表示固體壁面的平均面積，, 是分別對應總表面積，的翅面的總效率。按誤差理論分析，可求的表面傳熱系數h的相對不確定度為：表面傳熱決于三個因子的乘積，其中傳熱系數測定值不確定度，取決于系數h的不確定度取兩側流體溫度的測量不確定度，此外還與兩側流體的最大溫差，水當量比，相對流向以及測量工況即數有關。
2.2 板翅換熱表面傳熱性能瞬變態測試技術：
所謂瞬變態法就是利用流體穩定流過給定換熱面對之加熱或冷卻時，流體出口溫度隨時間的變化與流體和該換熱表面之間的表面傳熱系數的單值函數關系，結合實測的流體出口溫度隨時間的變化，通過配比來求取表面傳熱系數。瞬變態法求取表面傳熱系數不確定度主要來自兩個方面：①理論解與實際情況不符合所帶來的不確定度，這是穩態法所沒有的。②由測量的不精確所造成的不確定度。這種不確定度。穩態法同樣存在，但是測量對結果的影響將隨工況以及所選用的配比方法不同而有很大的差別。
3 測量參數和測量方法
3.1 空氣側測量參數
3.1.1進、出口風溫
用4對銅-康銅熱電偶測量風洞進口風溫，在實驗段出口截面上布置了16 對銅-康銅熱電偶測量試驗段出口風溫。采用美國吉時利（Keithley）公司 的 Keithley 2700數據采集系統測量熱電偶的電勢。實驗數據直接進入由華中科技大學能源與動力工程學院熱科學與工程技術實驗室針對板翅片式換熱器進行傳熱與流動阻力實驗而開發的板翅式換熱器傳熱與流動阻力實驗數據采集系統軟件進行數據處理。
3.1.2風速
實驗時氣側風速采用標準橢球頭畢托管配以日本產ISP-3-50DS精密微差壓
計測量，該精密微差壓計可精確到0.01mmH2O。畢托管在試驗前經標準低
速風洞標定。實驗前測定了測速段處截面速度分布，確定了最大風速和截面平均風速之間的關系，試驗時畢托管安放在管道中心位置，測量出最大風速后，通過已標定的關系換算得到平均風速。差壓信號進入數據采集器由軟件進行數據處理。
3.1.3實驗元件阻力
通過實驗段前、后風洞壁上所開的取壓孔，配以U型管差壓計測量空氣流經板翅式換熱器試驗元件的阻力，差壓信號進入數據采集器由軟件進行數據處理。
3.2水側參數
用2對銅-康銅熱電偶測量換熱器進、出口水溫，數據信號進入數據采集器由軟件進行處理。用轉子流量計測量熱水的流量。
3.3試驗過程
3-3.1、試件安裝和調試
安裝好實驗元件，在正式進行實驗之前，對實驗系統進行了調試及預測試，主要工作有：
（1）進行實驗元件的氣密性檢查，包括接口法蘭、測壓孔等處，使試件進、出口空氣流量的偏差在以內。
（2）用隔熱材料對實驗段進行良好保溫，盡可能減小散熱損失。
（3）實驗所用測試儀表和計算機均能正常使用。
（4）空氣側和水側的熱平衡偏差能控制在以內。
3-3.2、實驗方法
（1）實驗時，在保持水側流量和溫度基本不變的情況下，通過調節風機轉速改變空氣側的流量，進行多個工況的實驗測定。
（2）全部試驗均在工況穩定后進行測定，每個工況測取十組數據，取其平均值進行計算，并使熱平衡偏差保持在以內。
（3）全部的溫度數據、阻力數據均可以認為是在傳熱試驗進行過程的同時進行測量。數據采集器采集24個信號的時間為4秒，可以認為24個數據信號的測量是同時進行的。
（4）實驗過程中，數據采集處理軟件能夠對測量數據進行實時監控和實時記錄，實驗過程的所有測量數據都是實時存入數據庫中，便于實驗完成后對實驗進行數據分析。
3-4、實驗元件幾何尺寸與結構參數
實驗元件為我廠生產的板翅式換熱器的各種翅片，翅片及隔板材料均為鋁合金。實驗元件外型幾何尺寸為500×500mm，流通長度110mm。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的板翅式换热器翅片表面传热与阻力特性性能分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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