板翅換熱器平直翅片的傳熱與阻力性能試驗

【摘要】對11種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的緊湊式板翅換熱器平直翅片的傳熱和流動阻力進行了試驗研究，分析比較平直翅片間距、翅片高度、翅片長度對其傳熱和流動阻力的影響。結(jié)果表明，翅片間距對傳熱和流動阻力影響較小，而翅片長度和高度對其傳熱和流動阻力有重要影響。同時對11種翅片的220個試驗數(shù)據(jù)點進行了 因子和_廠因子的試驗關(guān)聯(lián)式擬合，擬合關(guān)聯(lián)式的誤差范圍為±1O 。
　　關(guān)鍵詞：板翅換熱器 平直翅片 傳熱 流動阻力
　　中圖分類號：TK124 文獻標(biāo)識碼：A
　　引言
　　平直翅片的強化傳熱效果不如錯齒翅片和百葉窗翅片[1]，但是平直翅片具有良好的傳熱性能和低阻力性能，同時考率到汽車排放法規(guī)開始對非公路車輛提出了嚴(yán)格的要求，一些非公路車輛紛紛采用增壓中冷技術(shù)，以適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，這樣平直翅片在農(nóng)用機械和工程機械等非公路車輛上得到了廣泛的應(yīng)用。因此對其的傳熱和阻力性能研究也就有著更為重要的現(xiàn)實意義和工程價值。目前對平直翅片研究以凱斯和倫敦[2 最有影響，但是其試驗翅片長度L大于65 mm， ／D (D 為水力直徑)大于2O。目前車輛散熱元件翅片長度L大多數(shù)小于65 mm，L／D 小于2O，對此范圍內(nèi)平直翅片重新進行試驗研究，一方面補充現(xiàn)有平直翅片試驗數(shù)據(jù)庫，另一方面為工程設(shè)計人員提供新的技術(shù)支持。
　　1 試驗裝置和測量方法
　　1．1 試驗裝置
　　試驗是在一個開式風(fēng)洞試驗臺上進行的，風(fēng)洞的風(fēng)量調(diào)節(jié)由變頻風(fēng)機實現(xiàn)，風(fēng)量的測量由標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴組合完成。試驗裝置的示意圖見圖1。
                  
    1．2 翅片幾何結(jié)構(gòu)
    翅片的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1、圖2，翅片及扁管的材料都采用鋁材，試件采用氮氣保護的釬焊實現(xiàn)翅片和扁管的焊接。整個試件尺寸為205 mm×250 mm。為確保試件的制作質(zhì)量，所有的平直翅片在裝夾和焊接前進行檢驗。
                     
     1．3 試驗測量
    (1)水、空氣進出口溫度的測量。采用Pt100鉑電阻在換熱器試件進出口管道上測量水溫，標(biāo)定后其精度為0．1 C。試驗過程中，控制水入口溫度恒定為9OC。水溫的控制是由80 kW 無級可調(diào)的電加熱器來實現(xiàn)。冷卻空氣的進出口溫度采用熱電偶網(wǎng)進行測定，取算術(shù)平均值。入口布置8個熱電偶，出口布置16個熱電偶。
    (2)水、空氣的流量測量。采用渦輪流量計測量水體積流量，渦輪流量計的精度為0．25 。冷卻空氣流量采用噴嘴組合測量，噴嘴根據(jù)國家GB／T2624標(biāo)準(zhǔn)(等效ISO 5167)。噴嘴前后的壓差采用精度為0．25 9／5的微差壓變送器測量。測量噴嘴前空氣靜壓的壓力傳感器精度為0．4 。測量過程中，保持水流量恒定為2．2 1TI。／h，通過調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對風(fēng)量的調(diào)節(jié)。
    (3)試驗試件前后壓差的測量。在試驗試件前后的風(fēng)道上開設(shè)靜壓測孔，前后各開8個靜壓孔，靜壓孔連接成環(huán)狀。試件前后空氣壓差采用精度為0．4 的差壓變送器測量。
    (4)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。整個試驗過程中所有傳感器測量信號采集是由ICP—CON數(shù)據(jù)采集模塊來完成。數(shù)據(jù)采集模塊通過RS一232與計算機連接，實現(xiàn)人機對話。試驗數(shù)據(jù)采集是在工況穩(wěn)定后進行的，每次工況穩(wěn)定時間約15 min。熱平衡偏差在3％以內(nèi)。
    2 試驗數(shù)據(jù)
    2．1 壓力降
    空氣在百葉窗翅片中流動，其摩擦因子廠采用凱斯和倫敦給出的計算公式[2]進行計算。該公式考慮了試件進口效應(yīng)。由于空氣在試件前后密度變化很小，作不可壓縮處理。摩擦因子廠簡化后為
                     
                     
    3 結(jié)果分析與討論
    3．1 J和廠試驗關(guān)聯(lián)式
    傳熱因子j和摩擦因子廠的試驗關(guān)聯(lián)式是通過對表1給出的l1種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的平直翅片共220個數(shù)據(jù)點經(jīng)過多元回歸和F檢驗后獲得的，文獻E6-1給出了詳細的數(shù)據(jù)回歸處理方法和檢驗方法，和廠試驗關(guān)聯(lián)式分別為
                      
                       
    3．2 翅片間距F 對傳熱和阻力性能的影響
    圖5為翅片長度L一65 mm，翅片間距F 分別為4．0、4．5、5．0 mm的平直翅片的傳熱因子和摩擦因子隨Re的變化曲線，從圖中看出，3種不同翅片間距時J和廠隨R 的變化曲線基本重合，表明相同翅片高度和翅片長度的平直翅片，翅片間距F 對其傳熱和流動阻力的影響較小。同時翅片間距對j和f影響已經(jīng)包含在Re內(nèi)。
                       
                       
                               圖5不同F(xiàn)p時j和廠與Re的關(guān)系曲線
                               Fig．5 Influence of Fp Oil j and f
    3．3 翅片長度L對傳熱和阻力性能的影響
    圖6為翅片間距F 一4．0 mm，翅片長度L分別為65、53 mm平直翅片的傳熱因子和摩擦因子隨Re變化的曲線關(guān)系。從圖中看出，翅片的長度對其傳熱和阻力都有重要的影響，翅片長度越長，其傳熱性能和阻力性能都越小。其主要原因是，翅片長度越短，翅片入口段效應(yīng)所占比例越高?？諝庠诔崞瑓^(qū)內(nèi)流動入口段流動邊界層和熱邊界層均較薄，使入口段對流傳熱系數(shù)增大，摩擦阻力增大。
                         
                        
                                 圖6不同翹片長度L時j和f與Re關(guān)系曲線
                                   Fig．6 Influence of L on 3 and f
    3．4 翅片高度Fh對傳熱和阻力性能的影響
    圖7為翅片間距F 一4．0 mm，翅片長度L為43 mm，翅片高度Fh分別為7．0、8．0、10．0 mlTl平直翅片的傳熱因子和摩擦因子隨Re變化的鹽線關(guān)系。從圖中看出，翅片的高度對其傳熱和阻力都有重要的影響，翅片高度越大，其傳熱性能和阻力性能都越小。
                         
                         
                               圖7不同翅片高度Fh時j和f與Re關(guān)系曲線
                                  Fig． Influence of Fh on j and f
    4 結(jié)論
    (1)獲得J和廠的試驗關(guān)聯(lián)式，在Re一600--7000，其J和廠擬合關(guān)聯(lián)式最大誤差為士10G。
    (2)翅片間距對平直翅片的傳熱和阻力性能影響較小。
    (3)翅片流動長度對平直翅片的傳熱和阻力有重要影響，翅片長度越長，其J和廠因子越小。
    (4)翅片高度對平直翅片的傳熱有重要影響，翅片高度越大，其j和廠因子越大。