热泵空调翅片管换热器流路优化研究进展

换热器的性能提升对制冷与热泵系统能效的提升具有重大影响,其中翅片管换热器的流路优化由于无需额外的成本、易于操作,是换热器性能提升的重要研究方向。本文总结了国内外学者对翅片管换热器流路的优化方法和评价指标。主要方法有基于空气侧风速分布的优化以及制冷剂侧流量的优化,基于管路结构的优化（包括管径、管路分合点、可变流路）,基于微元换热最大化的优化,基于不可逆损失最小的?分析、熵产最小化、热阻平衡法以及遗传算法的优化。总结得出可变流路可以同时满足蒸发器与冷凝器的最佳流路,是冷暖两用制冷与热泵系统流路优化的最佳选择;此外,热阻平衡法可以同时优化蒸发器与冷凝器的流路,是当前适用性较好的优化方法。评价指标中等泵功率下换热量的大小与热阻平衡是较为通用的评价指标。基于上述分析,针对翅片管换热器的优化方法以及评价指标提出了展望与建议。     

翅片管换热器结霜性能研究

翅片管换热器结霜问题较为复杂,一直以来成为研究的难题。从换热器的翅片结构、表面性能、空气的速度、湿度等方面对翅片式换热器的结霜问题进行了总结,并从如何改善热泵系统结霜情况出发,对换热器的设计参数、换热器的操作条件等提出相应建议。     

电化学腐蚀对翅片管换热器性能的影响

翅片管换热器的铜管与铝翅片之间容易发生电化学反应,在铝翅片表面形成一层三氧化二铝,增大换热器传热热阻,影响换热器乃至整个空调系统的性能。对翅片管换热器分别进行48 h和96 h的盐雾腐蚀实验,然后对腐蚀前后的实验样件测试其传热及压降特性,结果表明,翅片管蒸发器经盐雾腐蚀以后,其风阻变化在5 Pa以内,而换热量最多会降低12.5%,总的传热系数最多会减少16.6%,传热热阻最多会增加20%。     

低翅片管高效换热器的传热与流阻研究

以双面整体形低翅片管作为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在壳程气体纵向冲刷的情况下,换热器传热和流阻性能。结果表明,该换热器的总传热系数比弓形板式气体换热器的总传热系数高80％,节省传热面积45％。     

几种翅片管换热器的应用研究

介绍了翅片管换热器的特点、材料及型式，列出了3种翅片管换热器的应用示例，分析了在不同应用条件下翅片管的应用情况，并给出了应用结果，为翅片管换热器的应用方法提供了借鉴，最后分析了新型AIF翅片管换热器的研制及应用。     

单一金属高螺纹翅片管换热器的探索与实践

通过时管壳式换热器几种常见翅片管的结构特点、换热性能和制造经济性进行分析比较和研究,研制出传热效率更高、结构更紧凑、制造成本更低廉的新型换热元件——单一金属轧制的高螺纹翅片管;提出了传热学意义上最佳翅片截面轮廓线的通用解析式。通过生产实践与不断改进,形成了一组高螺纹翅片管系列产品,并成功地应用于为透平压缩机配套的大中型管壳式换热器。     

螺旋折流板三维肋翅片管换热器的传热性能研究

文章以水和VG32液压油为实验换热对象,研究了其在螺旋折流板低翅片管换热器和螺旋折流板三维肋翅片管换热器壳程的传热与压降性能。在相同的Re下,螺旋折流板三维肋翅片管换热器的Nu是螺旋折流板低翅片管换热器的1.6～2.6倍。在相同流量下,螺旋折流板三维肋翅片管换热器壳程压降稍大,但它的传热流阻性能比是螺旋折流板低翅片管换热器的1.39～2.15倍。实验结果表明:螺旋折流板三维肋翅片管换热器具有最佳的传热、压降和换热量综合性能。文章还对螺旋折流板三维肋翅片管换热器的强化传热的机理进行了分析。     

翅片管单管传热性能测试分析与评价

根据JB/TQ 537《空冷器翅片管单管传热性能测试方法》和GB/T 15386《空冷式换热器》的规定和要求,对不同参数规格的翅片管进行了单管空冷传热性能测试,得出了总传热系数K与有效通风截面积空气质量流速U的关系曲线和关联式,分析了影响传热性能的主要因素。     

基于遗传算法的翅片管换热器管路优化方法

通过设计有针对性的遗传编码方法和遗传操作算子,提出了一种实用有效的换热器管路连接优化方法。在满足换热器的换热能力和实际制造工艺的约束条件下,以换热器管路连接最短为优化目标对一个实际翅片管换热器进行了优化研究。结果表明,所设计的优化算法能够在5 h内收敛,优化后的连接管长度缩短25%。     

铸铁翅片管换热器在烟道气余热回收中的应用

介绍了铸铁翅片换热器的特点，分析了其对锅炉烟道气余热的回收情况。     

管翅式换热器管路布置优化设计的数值研究

采用分布参数法模型对常见的双流程管翅式换热器,在不同的空气及制冷剂进口状态下的工作性能进行了数值研究,对管路布置提出了改变不同流程管径比的优化设计方案,并从数值模拟的角度给出了验证。数值计算结果表明改变两流程之间的管径比可以优化换热器的换热性能,而且两流程的管径之间存在一个最佳比值0.8,在该最佳管径比下,换热器的换热性能在不同工况下均比相同管径提高6%～11%,同时可以使空气侧的阻力损失减少2%。     

翅片管换热器内部空气流场的数值模拟与实验研究

空气侧换热是制约翅片管换热器发展的一个主要因素,而风机-换热器单元的内部空气流场分布对空气侧的换热影响显著。本文用数值模拟和实验两种手段对一种U型翅片管内部空间的空气流场进行了研究。通过商用软件对该空间进行了三维数值模拟,研究结果给出了整场流速的详细分布。用干冰作为材料,对该空间进行了可视化发烟实验。在不同高度的速度分布上,数值模拟与实验结果吻合较好。结果显示正对风机的速度最大,换热最好。本研究为翅片管的优化提供了数据,为本领域的研究者提供了一个新的思路。     

套片式换热器设计计算和CAD绘图软件的研制

结合国内生产企业实际研制了套片式换热器的设计计算和CAD绘图软件。该软件将套片式换热器的性能设计计算、结构和强度计算、生成产品报价和绘制CAD结构图功能结合在一起,实现了一体化的设计流程。提供了一条全新的性能设计计算思路,从设定限制条件预先筛选、优化搜索策略等方面来极大减少计算量,同时保证可以计算出满足各项热力性能指标和离散设计参数的全部方案,对方案挑选、排序后,进行下一步的结构和强度计算;将结构计算和强度计算实现轻度耦合,使得设计结果可以灵活地满足不同的强度标准;将CAD绘图模块需要的参数分为4部分,防止了在CAD绘图模块调整零部件结构参数时,影响其强度性能。     

基于知识及遗传退火混合算法的翅片管换热器管路优化方法

通过在现有方法中引入专业知识及模拟退火算法;提出了一种基于知识及遗传退火混合算法的换热器管路连接优化方法。以一个实际翅片管换热器为例;在满足实际制造工艺的约束条件下;以换热器换热能力最大为优化目标对提出的方法进行了验证。结果表明;基于知识及遗传退火混合算法得到的最优管路连接中;各支路均匀交叉分布于空气流中;且所含换热管数目相等;避免了流体在不同支路之间换热不平衡的问题;优化后得到换热器的换热能力比优化前提高22％;比单纯基于遗传算法的优化方法得到换热器的换热能力提高10.3％。     

析湿工况下翅片管式换热器表面粉尘沉积过程的数值模型

空调器采用翅片管式换热器作为蒸发器,在制冷工况下换热器表面发生析湿及粉尘沉积,导致性能衰减。建立湿翅片表面粉尘颗粒物沉积过程的数学模型,模拟冷凝水捕集颗粒物以及湿积灰层黏附颗粒物的过程。被冷凝水捕集的颗粒物数量等于运动轨迹与水表面轮廓会出现相交的入射颗粒物的数量;后续的入射颗粒物与湿积灰层碰撞时,部分入射颗粒物会发生沉积且部分被碰撞的已沉积湿颗粒物会发生移除,这两部分的颗粒物数量相减即为被湿积灰层黏附的颗粒物数量。模拟与实验结果的对比表明,预测的湿积灰层形状与实验照片的吻合度较好,预测的单位面积颗粒物沉积质量与91%的实验数据之间的误差在±20%之间,平均误差为11.8%。     

Airside performance of herringbone fin-and-tube heat exchangers in wet conditions

The airside performance for herringbone fin-and-tube heat exchangers under dehumidifying conditions are reported in this study. A total of eighteen samples were tested and compared. The effects of the number of tube rows, fin pitch, tube size, and wave height were examined in this study. A unique characteristic of the herringbone fin pattern is that the friction factors are strongly related to the number of tube rows. The airside performance of the herringbone fin pattern is strongly related to condensate retention. Based on the present test results, heat transfer and friction correlations, in terms of the Colburn j and Fanning friction factors, were proposed to describe the airside performance of the herringbone fin geometry. The correlation of the Colburn j factor gives a mean deviation of 5.76%, while the Fanning f factor shows a mean deviation of 8.27%.     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

Thermal-hydraulic performance of sinusoidal channel printed circuit heat exchanger

Printed circuit heat exchanger (PCHE) is a promising candidate in the field of supercritical CO₂ Brayton cycle due to its high thermal efficiency and compactness. In this paper, the effects of wave angles (15°—30°) on the heat transfer performance of sinusoidal channels under turbulent conditions are numerically studied at first. The results show that the heat transfer performance increases with the increase of wave angle (the maximum increase of the heat transfer rate is 7.1%), while the pressure drop on the hot side increases more significantly when compared with that on the cold side. Secondly, the local flow and heat transfer characteristics in the different regions of the channels are analyzed by pitches. Zones with large and small temperature differences are observed in the inlet zones on the hot and cold sides, respectively. Meanwhile, the inlet zones are found to be related to great pressure drops and should be carefully optimized. Finally, a novel hybrid structure of sinusoidal channel combined with straight channel is designed and its thermal hydraulic performance is tentatively investigated.     

正弦波纹流道印刷电路板换热器热工水力性能

印刷电路板换热器换热性能好、紧凑性高,在超临界CO₂布雷顿循环等领域有着广阔的应用前景。本文通过数值计算,首先比较了湍流条件下15°～30°范围内不同波纹角对正弦波纹流道流动换热性能的影响,结果表明,波纹流道内的换热效果随波纹角的增大而增强（换热量最大增长了7.1%）,且热侧的压降相对于冷侧增大更明显。其次,分节研究并分析了流道内不同区域的局部流动换热特性,发现了在热侧和冷侧入口区域各存在着1个大、小温差区,同时,需要对入口处进行合理的优化设计以减小入口处的压降。最后,进一步设计了一种“正弦波纹+直通道”的复合结构并初步探究了该结构的流动换热性能。