强制对流翅片管式换热器结霜性能的研究

建立了恒流条件下的强制对流翅片管式换热器的结霜模型，并用实验结果验证了模型的可靠性．将结霜模型和风机性能曲线联合起来考虑，在更加切合实际的情况下，模拟了换热器在结霜工况下的热力性能．研究发现，换热器结霜引起了翅片效率、空气流通率及翅片性能的显著降低，同时还伴随着空气侧压力降上升．讨论了改变风机类型、翅片间距以及翅片厚度在内的几种设计参数对结霜性能的影响．     

翅片型式对空气源热泵机组结霜特性的影响

对使用条缝翅片管换热器的空气源热泵空调器在结霜工况下的动态性能进行了试验研究,用显微照相法测量了不同条件下室外换热器表面的霜层厚度,并与采用平翅片管换热器的热泵样机试验结果进行了比较.结果表明:在结霜初始阶段,条缝翅片管换热器表面霜层增长速度远大于平翅片管换热器,结霜循环周期大大缩短;对于低相对湿度工况,条缝翅片管换热器在结霜过程中出现了一段表面霜层厚度几乎不增长的时间段,使得其结霜周期显著增大;与使用平翅片管换热器的热泵样机不同,使用条缝翅片管蒸发器的热泵机组的制热量及性能系数随环境空气相对湿度的升高而大幅度降低.     

翅片表面特性对结霜过程影响的实验研究

为研究翅片表面特性对空气源热泵结霜的影响,构建了翅片结霜实验平台,对接触角不同的4种翅片表面(亲水性铝翅片、普通铝翅片、疏水性铝翅片、超疏水性铝翅片)的结霜过程细微观特征进行了可视化研究,获得了翅片表面特性对结霜过程细微观物理特征及霜层热工特性的影响规律.结果表明,在霜晶生长初期,接触角越大,凝结形成的液滴粒径越小,分布越稀疏,液滴开始冻结的时间越滞后.霜层生长过程中,接触角大的表面霜晶相对矮小且疏松,枝晶分布不均匀,而接触角小的表面霜晶纤长且致密,枝晶多且分布均匀.随着接触角的增大,霜层的高度和导热系数减小,表面温度降低.超疏水性表面霜高比亲水性表面减少了45%,接触角越大的表面其抑霜效果越明显.     

环境湿度对超疏水翅片结霜特性的影响

为揭示超疏水翅片在不同环境湿度下的结霜特性及抑霜性能，制备了接触角为161.5°的超疏水翅片，并通过搭建翅片表面结霜实验平台，获取了环境相对湿度分别为65%、75%、85%和95%条件下，超疏水翅片的结霜特性及抑霜性能.实验结果表明：结霜初始阶段凝结液滴的生长行为受相对湿度影响，凝结液滴的冻结时间随着相对湿度的增加而减少，但湿度对液滴冻结前翅片表面覆盖率的影响并不明显；结霜时间为45 min时，几种环境相对湿度下的霜层高度分别为0.26, 0.42, 0.65, 0.93 mm,虽然超疏水翅片的霜层高度随着环境相对湿度的增加而增加，但与普通翅片相比，其在不同湿度条件下均能有效抑制结霜.     

翅片管换热器的翅片效率与传热性能

研究了３种不同管排数的百叶窗式翅片管换热器的换热特性，由试验数锯整理出传热系数与流速的关系，以试验数据为依据对翅片表面温度场进行了数值计算，导出百叶窗式翅片的翅片效率计算式并根据估算分离法的原理整理出换热准则方程式，为设计百叶窗式翅片管换热器提供了方便．     

盐雾腐蚀对铜翅片换热器空气侧压降特性的影响

为了研究盐雾腐蚀对铜翅片换热器空气侧压降特性的影响,对4种不同腐蚀程度的铜翅片换热器进行了实验,比较分析了不同雷诺数下,经过不同盐雾腐蚀程度的换热器和新换热器的压降特性.为了分析翅片亲水性的变化对压降的影响,对铜翅片静态接触角和动态接触角进行测试.结果表明,随着腐蚀时间的增加,铜翅片的静态和动态接触角逐渐增大;换热器空气侧压降逐渐增大,摩擦因子逐渐减小;当风速在0.5～2.0 m/s时,空气侧压降最大增加17.5％～21.6％.     

润湿模式对翅片表面结霜液滴生长的影响

为揭示翅片表面微结构在不同润湿模式下对结霜初期凝结液滴生长的影响,建立了光滑、Wenzel及Cassie润湿模式下翅片表面结霜液滴生长的热阻分析模型及生长速率模型,获得了表面接触角、润湿模式、表面微结构几何尺寸等因素对结霜液滴生长速率的影响规律.结果 表明:相比光滑和Wenzel翅片,Cassie翅片表面的传热热阻最大...     

翅片打孔对板翅式换热器传热性能和流场影响

为提高板翅式换热器换热效率的同时减小流动阻力,提出了一种基于翅片打孔的换热器换热性能提升方式,并通过PIV实验进行了解释验证.研究发现,在板翅式换热器翅片上进行打孔,可以破坏流道内流体与壁面之间的换热边界层,使局部流动状态由层流转变为紊流,提升换热能力且不明显增加压降.仿真参数分析表明,在两种不同的热流密度下,不同入口...     

管束排列方式对矩形翅片椭圆管束性能的影响

采用标准k-ε模型,对错排和错列两种排列方式在不同管间距下共24种结构进行了计算分析,发现错列结构的换热性能和综合性能均优于错排结构.错排结构性能跟横向管间距关系较大,而错列结构的性能对管间距并不敏感.通过对两种结构的流场、温度场特征分析,发现错列结构类似于圆管换热器中的叉排,错列结构在强化翅片换热的同时也强化了管子的换热,该结构具有较大的管束进口压力损失是造成其空气侧总压降大于错排结构的主要原因.     

超流氦系统负压低温板翅式换热器新型波纹-锯齿翅片的性能研究

为提高超流氦系统负压低温板翅式换热器的流动及换热性能,结合传统波纹翅片和锯齿翅片提出一种新型波纹-锯齿翅片,并提出将锯齿密度作为一个新的结构参数对新型翅片进行描述。采用数值模拟的方法,分别研究分析了波纹-锯齿翅片通道内流动换热物理场,并与传统翅片进行了对比。结果表明:相较于传统的波纹翅片和锯齿翅片,波纹-锯齿翅片的传热因子j分别提升19.97%～38.22%和25.09%～33.83%,且在低雷诺数时性能提升更加明显;j随波长、锯齿密度的增大而减小,随双波高的增大而增大;摩擦因子f随波长的增大而减小,随双波高的增大而增大,且随锯齿密度的增加呈先增大后减小的变化趋势。新型翅片提高了换热及综合性能,该研究结果可为负压低温板翅式换热器的优化设计提供参考。     

换热器翅片表面空气流动热力过程的数值模拟

为了减少换热器翅片设计中的盲目性和复杂性，利用FLUENT软件模拟了发生在双排／叉排波纹翅片表面的空气流动和传热过程．在合理简化物理模型的基础上，采用标准κ-ε模型和速度-压力耦合的SIMPLE算法，获得了有代表性的翅片表面温度分布、换热系数等值线图，以及表面气流速度矢量图和相关计算数据．分析了翅片入口风速对翅片表面的温度、气流流动、换热系数、换热量及气流阻力的影响．结果表明，增大入口风速有利于提高翅片的换热性能，但同时又会增加系统能耗，因此入口风速的确定必须考虑系统性能的优化．     

百叶窗式翅片换热器中的耦合传热

对汽车上常用的百叶窗式换热器的传热过程进行了分析,建立了翅片内导热与翅片间耦合对流换热的物理数学模型,并采用数值分析方法对该耦合传热问题进行了数值模拟计算.计算结果揭示了百叶窗翅片换热器内部的流场结构和换热状况.与经验公式计算结果相比,数值计算的百叶窗翅片换热器通道阻力和换热系数显示出与实测值更好的一致性.     

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器(平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片)的流动传热性能进行了三维数值模拟计算,得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图,计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数,并与相关实验数据对比,证明该数值模拟的正确性.研究结果表明,倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13.8%~29.3%,比均匀波纹翅片的高5.5%~10.3%,其强化传热效果显著.     

析湿工况下亲水层对开缝翅片管换热器空气侧换热压降特性影响分析

对附带亲水层和没有附带亲水层的开缝翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究,分析了亲水层对空气侧换热和压降特性的影响.实验结果表明:析湿工况下亲水层使翅片管换热器空气侧的换热特性减弱,风速和翅片间距越小时,减弱程度越强;对于相同结构参数没有亲水处理过的翅片,亲水处理过翅片的空气侧换热系数降低的最大值可达到25.4%;亲水层对降低空气侧的压降则有显著作用,降低的最大值可达到51%;附带亲水层与未附带亲水层开缝翅片管换热器析湿工况下,空气侧换热系数比和压降比关联式的平均误差分别为5.6%和8.4%,在±15%误差范围内分别能涵盖93.4%和84.2%实验数据.     

来流不均匀分布对换热器传热的影响

建立了换热器壳程流速分布不均匀对传热性能影响的数学模型,并从管内轴向流传热与管外横向流传热两个方面,研究了换热器因流道来流流速分布不均匀而造成的传热负荷偏移．研究结果表明,流速不均匀分布对换热器传热性能影响不大;在恒壁温、各流道间无热交换的条件下,当各流道流速不均达到100％时,换热器的传热负荷偏移在1％以内．     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR—CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性，分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响，并用场协同理论分析了计算结果．得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论，为优化新型管翅式换热器提供参考．同时，将模拟计算结果与实验结果加以比较．结果表明，数值模拟与实验结果基本吻合．     

换热器对平板型太阳热水系统热性能的影响分析

分析了换热器对集热器效率的影响,确定了换热器对集热器的削弱因子;提出了二次换热平板型太阳热水系统的能量方程。对自然循环二次换热平板型太阳热水系统系统的热性能进行了测试与分析,测试表明,自然循环二次换热平板型太阳热水器的平均日效率低于普通平板型太阳热水器,但高于真空管太阳热水器。