翅片管换热器翅片结构的优化(翅片管换热器流道布置方案)

目前广泛使用的翅片类型有平翅片、波纹翅片和开窗翅片，这些翅片类型的换热器表面积灰会严重影响换热器的换热效率。因此，为了明确不同翅片结构的翅片管换热器污垢的长期性能变化，有必要了解不同翅片结构对翅片管换热器表面灰特性的影响。

在本文中，我们将讨论下翅片换热器的表面灰特性。分析了翅片结构对翅片管换热器积灰和压降的影响，以及不同翅片结构参数对换热器表面积灰和空气侧压降的影响。

1、实验原理与测试样件

1. 1 实验原理及装置

翅片管换热器积灰特性和压降特性试验台

试验台由三部分组成：

1)风道系统，向测试样品提供并引导具有特定风速的干燥空气；

2)粉尘发生系统，可以调节粉尘的质量流量，提供特定粉尘浓度的含尘气流；

3)可视化试验段，用于拍摄试样表面灰形貌，测量粉尘沉积量和空气侧压降。

可视化部分包括透明有机玻璃空气导管、测试样品、分析天平、差压传感器、垂直升降机、托盘和海绵。将样品嵌入托盘中2 mm深的凹槽中并固定。同时，在托盘周围刻一个15 mm深的凹槽，并用海绵填充。透明风管挤压托盘凹槽内的海绵，密封测试段。将托盘放在分析天平上，利用升降机调节托盘的升降高度，从而测量样品的重量，观察灰沉积过程中灰沉积的外观。压差传感器用于测量灰分沉积过程中样品空气侧的压降数据。

1. 2 实验工况及测试样件

实验参数包括翅片类型和翅片间距。翅片类型为窗翅片、波纹翅片、平板翅片，翅片间距为1。5毫米和1。8 mm，涵盖了空调室外热交换器的常见类型和尺寸。

根据GB 13270—91，实验中使用的测试粉尘含有72%的白粘土和28%的炭黑，粉尘密度为2。2 103 kg /m3，直径中值为10微米m .由于实际室外环境中粉尘浓度较低，为了加快粉尘沉积的实验进程，并根据空调室外机中翅片管换热器的正常入流风速，粉尘浓度为10。8克/立方米，风速为1。选择5 m/s进行粉尘沉积实验。喷粉时间总长度为255 min，保证了粉尘沉积的稳定性。空气速度由空气压缩机、流量计和流量阀调节，喷粉浓度由螺旋给料机、控制柜和混合箱控制。

2、数据处理方法及误差分析

2. 1 数据处理方法

压差传感器和流量计可以分别读取压降和风速，通过特定的关系可以得到粉尘沉积量和喷粉浓度。

2. 2 误差分析

参数包括直接测量参数和间接测量参数，直接测量参数的误差可以通过测试仪器的精度得到。直接测量参数包括空气侧压降、空气体积流量和样品重量。间接测量参数的误差可用R.J.Moffat法求得。如表2所示，间接测量参数包括粉尘沉积。

3、实验结果与分析

3. 1 粉尘沉积分布特征分析

图3显示了三种不同翅片类型在粉末喷涂浓度为10。8 g /m3，风速为1。喷粉时间为255分钟。从图3可以看出，沉积在平翅片管换热器表面的灰尘较少，主要沉积在换热管上；波纹翅片换热器的换热管和波纹翅片表面沉积了一定量的灰尘，积尘程度比直翅片严重。带窗口的翅片管换热器表面积灰严重，翅片的窗口几乎完全被灰尘堵塞，换热管表面容易形成污垢块。

通过分析

此外，由于平翅片和波纹翅片的表面结构比开窗翅片简单，在相同的换热器截面积下，它们与含尘气流的接触面积更小，使得尘粒与换热器表面碰撞沉积的概率更小。同时，由于平翅片和波纹翅片之间的距离大于开窗翅片狭缝之间的距离，堆积的灰尘长到一定厚度时，在重力的作用下，很容易从翅片表面脱落。

3. 2 翅片类型对粉尘沉积量与压降的影响

图4显示了当粉末喷涂浓度为10时，不同翅片类型对灰尘沉积和空气压降的影响。8 g /m3，风速为1。5米/秒，翅片间距为1。粉末喷涂时间为255分钟。灰尘沉积通过垂直升降机和分析天平在目视测试部分进行测量。

从图4( a)中可以看出，在带穿孔翅片管热交换器的表面区域上的灰量很大，并且灰量达到稳定水平需要更少的时间。与平板相比，波纹板和开窗板的表面灰分增加了25。6%和52。灰分达到稳定所需的时间缩短了8 . 8%。5%和25。分别为5%。这是因为与平片相比，波纹片呈纵向波纹状，翅片间的含尘气流通道长度更长，在相同的喷粉时间内，与翅片表面碰撞沉积的颗粒数量增加。对于开窗翅片来说，表面突出的缺口增大了迎风面积，在相同的进风量下，迎面风速增大，使单位时间内吹到开窗翅片表面的尘粒量增加，减少积尘量并达到稳定所需的时间减少。

从图4( b)可以看出，积灰后的开窗翅片管换热器压降较大，压降达到稳定所需时间较短。开窗翅片、波纹翅片和平板翅片样品的压降增加了222。8%, 136.3%和116。即开窗翅片和波纹翅片的压降增量分别增加了165。6%和44。4%。

与波纹翅片和平板翅片相比，开窗积尘后压降达到稳定水平所需的时间减少了10。5%和27。分别为9%。这是因为翅片表面结构越复杂，换热器表面的灰尘越多，灰尘的不断堆积导致含尘气流的流通面积减小，流动阻力增大，空气侧的压降增大。

从图4( c)可以看出，与平翅片和波纹翅片相比，开窗几乎完全被灰尘遮挡，使得压降显著增加，其压降增强因子较大；波纹翅片表面的粉尘沉积小于带孔翅片，其压降增强因子低于带孔翅片。而平翅片结构简单，表面积灰量少，压降增加不明显，压降增强系数小。

3. 3 翅片间距对粉尘沉积量与压降的影响

图5显示了当粉末喷涂浓度为10时，不同翅片间距对灰尘沉积和空气侧压降的影响。8 g /m3，风速为1。5米/秒，翅片式开窗，喷粉时间255分钟。

从图5( a)可以看出，随着翅片间距的减小，积灰量逐渐增加，积灰量达到稳定水平所需的时间逐渐减少。当翅片间距从1逐渐减小时。8毫米比1。3mm，积灰量增加26。2% ~ 43.2%，所需时间减少了9。3% ~ 17.8%.

这是因为，一方面，翅片间距越小，含尘气流通过开窗时越容易破坏气流边界层，流场不稳定性增强，导致翅片间颗粒随机碰撞沉积的概率更高。另一方面，较小的翅片间距限制了开窗间较大尺寸的污物团，使堵在开窗间的污物团在重力作用下不易从翅片表面脱落，积尘量增加。

从图5( b)可以看出，随着翅片间距的减小，压力

这是因为翅片间距越小，热交换器表面积上的灰尘就越多。灰尘堵塞在换热器迎风面，导致流通面积减小，含尘气流流动阻力增大，空气侧压降增大。

从图5( c)可以看出，压降增强因子随着翅片间距的减小而逐渐减小。当压降达到稳定水平时，翅片间距为1。8毫米，1。5毫米和1。3毫米是3。21, 3.05和2。分别为87。一方面，小的翅片间距会增加粉尘堆积和压降；另一方面，积灰前翅片间距小的换热器压降较大。因此，通过这两方面的综合运用，对于翅片间距较小的换热器，其压降增强因子在喷粉初期较大，在喷粉后期低于翅片间距较大的样品。

3. 4 粉尘沉积量对压降的影响

图6示出了当粉末喷涂浓度为10时沉积量对压降的影响。8 g /m3，风速为1。粉末喷涂时间为255分钟。从图6( a)可以看出，在穿孔翅片、波纹翅片和直翅片三种翅片类型下，随着沉积量的增加，空气侧的压降先增加后保持稳定。在积尘初期，随着含尘气流中的尘粒堆积在翅片和换热管上，污垢层迅速增长，使流通面积减小，导致压降增大。在这个阶段，压降与沉积量基本成线性关系。当达到积尘临界点时(图中虚线所示)，尘粒主要沉积在翅片的迎风前缘并向外扩展，对换热器的流通面积影响不大，导致此阶段压降基本不变。此外，窗式翅片管换热器的积灰临界点高于波纹翅片和平板翅片。这是因为窗式翅片管表面结构复杂，缝隙间距小，更容易粘附尘粒，使积灰临界点更高。