翅片管式换热器流动与传热特性的实验研究

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换热器作为一种热量交换的设备,可分为多种类型,按结构形式可分为管式换热器、板式换热器、扩展表面式(翅片管式、板翅式、管带式)换热器和再生式换热器等。其中,翅片管式换热器因其具有换热面积大、结构紧凑等优点被广泛应用于制冷、空调、汽车、计算机等领域的冷却方面。影响翅片管式换热器性能的因素有很多,如翅片的几何结构、翅片的间距、管径的大小、管的排列和数量、材料性能、壁面污垢等,而翅片的几何结构对换热器的换热性能起到很重要的作用。本课题从相似原理为基础的模型试验方法入手,针对波纹翅片管式和新型开缝翅片管式两种换热器模型搭建实验平台,根据流动与传热理论,采用控制流量、温度测试的基本方法,对两种换热器性能进行了实验研究,得出了翅片结构对换热效率的影响。实验中采用水和空气两种介质进行换热,对两种换热器在21种不同工况下进行了实验。结果表明:(1)仅改变空气流量、维持水流量不变时,两种换热器的平均换热量和总传热系数均随着空气流量的增加而呈线性增加,波纹翅片管式换热器的总传热系数值比开缝翅片管式换热器高41.25%;(2)两种翅片管式换热器结构比较来看,波纹翅片管式换热器管径小、管排数少,在同种工况下,波纹翅片管式换热器水侧的换热系数要比开缝翅片管式换热器高20.6%;(3)在最小水流量和最大空气流量的工况下,新型开缝翅片管式换热器的空气侧换热系数比波纹翅片管式换热器高9.7%;(4)两种换热器的空气侧阻力系数均随着雷诺数的增加而减小,但开缝翅片管式换热器的阻力系数高于波纹翅片管式换热器的阻力系数。在空气流量为0.011m3/s~0.044m3/s的范围内,开缝翅片管式换热器的阻力系数比波纹翅片管式换热器的阻力系数高7.7%~3.4%。由此可得出,新型开缝翅片管式换热器可以在一定程度上提高空气侧的表面传热系数,而从全面的角度说,波纹翅片管式换热器的综合性能要优于开缝翅片管式换热器。
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