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提高換熱器換熱性能的途徑傳熱方程是Q = KAΔt，很多研究者研究的主題方向是提高傳熱系數(shù)K。對強(qiáng)制循環(huán)空氣冷卻器,采取有效措施降低空氣側(cè)的傳熱熱阻或在制冷劑側(cè)采用選擇供液方式,控制供液量,或采用傳熱管可明顯提高傳熱系數(shù)。另外提高流體的流速可以增大傳熱系數(shù),但流動(dòng)阻力也相應(yīng)增大,因此通過增大流體的流速以增強(qiáng)傳熱系數(shù)K 有一定的限度。此外增強(qiáng)傳熱可通過增加傳熱面積實(shí)現(xiàn),但增加傳熱面積不應(yīng)靠加大整體設(shè)備的尺寸來實(shí)現(xiàn),而應(yīng)從設(shè)備的自身結(jié)構(gòu)來考慮。
增加傳熱面積總體上分為兩種途徑:管外表面的擴(kuò)大和管內(nèi)表面積的擴(kuò)大。
目前管外表面積的增加主要是在管外加翅片或擴(kuò)展表面即肋化表面,它是通過附加肋片擴(kuò)大傳熱面積來減少對流換熱熱阻,從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。
可通過下列途徑來增大設(shè)備單位體積的有效傳熱面積:
①傳遞面采用擴(kuò)展面,如在對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的熱傳遞表面上附加翅片、筋片、銷釘?shù)?
②增大原有熱傳遞表面,如將表面處理成憎水性覆蓋層、多孔性覆蓋層、雙波紋狀管等
③在換熱器中管子的強(qiáng)化方面主要是異型管的開發(fā),從而達(dá)到增加傳熱面積的目的。異型管的種類包括螺旋槽紋管、橫紋槽管、縮放管、波節(jié)管、旋流管、粗糙表面管、螺旋扁管。
下面舉幾個(gè)傳熱過程的實(shí)例：
【例1】：一個(gè)蒸汽加熱器，用管內(nèi)的蒸汽加熱翅片管外的空氣，這是一個(gè)典型的傳熱過程：熱量從管內(nèi)的熱流體（蒸汽的凝結(jié)）通過翅片管的管壁傳給冷流體（空氣）。
【例2】：某一翅片管式鍋爐省煤器，熱量從管外流動(dòng)的高溫?zé)煔馔ㄟ^管壁傳給管內(nèi)的冷流體——水，這也是一個(gè)典型的傳熱過程。
【例3】：家用暖氣片，暖氣片內(nèi)流動(dòng)的是熱水，暖氣片外是室內(nèi)空氣的自然對流。從內(nèi)部的熱水通過暖氣壁面?zhèn)鹘o冷流體——空氣的過程是一個(gè)典型的傳熱過程。
應(yīng)當(dāng)指出，在穩(wěn)定狀態(tài)下，傳熱量Q在任一分過程中保持同一數(shù)值，即傳入的Q值等于傳出的Q值。所謂穩(wěn)定狀態(tài)，是指系統(tǒng)和設(shè)備的各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變化時(shí)的狀態(tài)。
換熱器類型及工作性能
換熱器按照其工作原理可分為間壁式、混合式和蓄熱式三類。
間壁式換熱器,熱流體和冷流體間有一固體壁面,兩種流體被固體壁面隔開,彼此不接觸,熱量的傳遞必須通過壁面。
混合式換熱器依靠冷、熱流體的直接接觸而進(jìn)行換熱,換熱后理論上應(yīng)變成同溫同壓的混合介質(zhì)流出。
蓄熱式換熱器則依靠固體填充物組成的蓄熱體傳遞熱量,冷熱流體依次交替的流過由蓄熱體組成的流道。當(dāng)熱流體流過時(shí),把熱量儲(chǔ)存于蓄熱體中,其溫度逐漸升高,而當(dāng)冷流體流過時(shí),蓄熱體因放出熱量溫度逐漸降低,如此反復(fù)進(jìn)行。
這幾年，小管徑在空調(diào)器中應(yīng)用較多，它不僅降低了成本，而且降低了易燃工質(zhì)如R290的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，但與此同時(shí)，小管徑的應(yīng)用也減少了換熱面積，使得空氣壓降增加。
因此，為了保證采用小管徑換熱器的空調(diào)器具有良好的性能，我們今天來分享下關(guān)于小管徑翅片管換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
步驟4：換熱器性能測試
圖7（a）和（b）分別為優(yōu)5 mm 管翅片換熱器的換熱量和空氣壓降測試結(jié)果。本文僅展示優(yōu)5 mm 管翅片換熱器的測試結(jié)果。為了開發(fā)關(guān)聯(lián)式，研究中還加工并測試了其他結(jié)構(gòu)的5 mm 管翅片換熱器。
基于大量的5 mm 管翅片蒸發(fā)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用多重線性回歸方法，開發(fā)了小管徑換熱器性能的預(yù)測關(guān)聯(lián)式；并在制冷劑流路設(shè)計(jì)中，采用了所開發(fā)的5 mm 管翅片蒸發(fā)器性能的預(yù)測關(guān)聯(lián)式。
2、制冷劑流路設(shè)計(jì)結(jié)果
根據(jù)翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，原始空調(diào)器和優(yōu)化空調(diào)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3。通過基于仿真設(shè)計(jì)的方法，得出小管徑室內(nèi)機(jī)換熱器及室外機(jī)換熱器的換熱量。從圖8（a）可知：采用5 mm 管換熱器的室內(nèi)機(jī)換熱器與室外機(jī)換熱器的換熱量與圖8（b）所示的原始空調(diào)器的換熱量幾乎相等。由圖8（b）可知：采用小管徑換熱器的室內(nèi)機(jī)的制冷劑充注量比原始室內(nèi)機(jī)減少30%， 總充注量可以減少27%。
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