空调器中管翅式换热器的强化传热设计

　　0 引言

　　提高空调器效率的方法有很多,如高效变频压缩机的采用,冷凝器和蒸发器的优化设计,先进节流元件的采用,控制系统的优化等等。虽然变频压缩机和电子膨胀阀的使用将大大提高系统的能效比,但冷凝器和蒸发器换热效率的高低也直接决定了整个系统的能效水平。现将针对空调器/两器0的优化设计进行初步的讨论。这些优化措施包括空气侧的换热强化,制冷剂侧的强化传热,盘管的设计优化等多个方面。

　　1 空气侧的强化传热

　　在空调器中,换热器多数采用铜管套翅片的结构形式组成的传热管束。传热管束是用直径较小的紫铜管穿上铝翅片,排成2至8排制成管束。冷热水在管内为蛇形往复流动,空气在管外翅片间穿行,同时被加热或冷却。翅片采用整体式翅片形式,翅片片型有平板型、皱纹型(其中,波纹板应用最多)及开缝型(如条缝型、百叶窗型等),(图1)。从20世纪90年代开始,百叶窗型的翅片在欧洲得到了大力发展。

　　1.1 换热器性能影响的结构参数

　　1.1.1 翅片间距

　　关于翅片间距对换热性能的影响, Rich研究了管径为13. 34mm,管间距为27. 5 mm,排间距为31. 75 mm情况下的14种平板翅片盘管的情况。试验结果得到: 4排管时,换热性能与翅片间距无关;每排管的压力降也与管排数无关。然而对1排或2排管,规律有所不同。ReDc>5 000时,涡流的影响占据了重要位置,翅片间距的影响可忽略。当ReDc<5 000时,热交换性能随翅片间距的减小而增大。Wang等人的试验也证实了此观点,同时还证实了对多排百叶翅片和波纹翅片换热器具有相同规律。研究发现:较高的空气流速和较大的管排数都会导致涡流区域的产生,因此,翅片间距对换热系数的影响均可忽略。

　　1.1.2 换热器翅片表面性能的改进

　　铝翅片换热器在使用中存在如下问题:首先,铝翅片工作在干湿交替的环境中,其表面会形成Al2O3#H2O氧化层粉末,带来机器寿命减少和环境污染两方面的问题;此外,湿工况作业时,空气中的水分冷凝,附着在翅片上形成/水桥0,导致风阻增加,能耗加大。表面涂膜处理是解决问题的有效方法,空调热交换器表面涂膜处理技术是20世纪90年代发展起来的新技术,主要进行耐蚀性涂膜处理和亲水性涂膜处理。

　　进行翅片表面涂膜处理后,空气侧的阻力特性会得到极大改观。Mimaki(1987)对带亲水涂层的换热器进行了研究,他发现,采用亲水涂层翅片后,湿工况下的压降降低到原来的40% ~50%;且空气侧的热传递系数增加了2~3个百分点。K.Hong和R. L.Webb发现,对波纹片、开缝片和百叶片3种翅片形式,在2. 5 m /s迎面风速时,带亲水涂覆层时的湿工况和干工况下的压降比均为1. 2。即对湿盘管,在百叶翅片和波纹翅片上采用亲水涂覆层,当迎面风速为2. 5m /s时,可使湿工况下压降损失分别降低45%和15%。因此,涂覆层对百叶翅片的影响要比对波纹翅片的影响大。