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翅片式换热器优化设计的探讨 翅片式换热器现在仍然是大部分空调制冷设备常用的换热部件，虽然因为高效能产品需要 高效的换热器，但目前为止，还没有比较成熟的高效换热器来取代它。因此，对翅片式换热器 的优化设计在产品设计中就显得尤其重要，通过提高换热效率，不仅能提高产品能效，还可以 节省成本和缩小产品体积。 翅片式换热器的研究在空调制冷行业内已经有许多专业人员在做了，无论是通过建立模型 计算，还是用计算机模拟，甚至是实验测试，总结和积累了许多宝贵的理论和经验。 换热器的基本计算公式是： Q=KxFx Δtm Q—单位时间通过传热面的传热量，W K—传热系数，W/m2.C F—传热面积，m2 Δtm—冷热流体间的平均传热温差，C Δtm=( Δtmax- Δtmin)/ln( Δtmax/ Δtmin) Δtmax—换热器两端冷热流体间温差的最大值，C Δtmin--换热器两端冷热流体间温差的最小值，C 从上面的公式可以看出，换热器要想获得较大的换热量，只能通过改变上面的三个方面： （1）K ，传热系数，它反应了换热的效率，如加强风流的扰动可以提高换热效率； （2 ）F ，传热面积，它反应的换热器结构的大小，如使用内螺纹管，既可以增加换热面积，也 可加强制冷剂扰动，提高换热效率； （3 ）Δtm ，传热温差，它反应换热流体之间的温度差异，选用合适的流动方向，使传热温差尽 可能大。 这三个参数并不是独立，它们互相作用，并不能只追求单一值的增加，而应该综合考虑， 找出各个参数之间的平衡点，这才能使换热器的换热量达到最大值。 首先来分析下对数平均温差的影响，以前设计换热器时，总想用逆流的换热方式，因为理 论上这种换热方式的平均温差最大，而顺流时的平均温差最小，其它则介于这两种之间。 首先，这对于无相变的换热来说是正确的，其次，对于比较简单的传导方式如上图所示， 也是正确的。但是，空调制冷产品用的翅片式换热器是一个带有相变的，结构及换热方式也比 较复杂的设备，所以不能只单纯应用这一原则，而还要考虑别的因素。 对于空调制冷产品用的换热器，上面是相变换热时温度的变化，通过对数平均温差可知， 无论是顺流还是逆流，都是相等的，不过对于实际使用的翅片式换热器，并不都是相变换热， 如冷凝器进口是过热制冷剂气体，出口是过冷制冷剂液体，蒸发器出口是过热制冷剂气体， 但这是为了避免回液而设计的，不需要优化设计考虑。换热器的流程相对复杂些，但可以按照 上面右图来处理。 下面来讨论现有研究中关于冷凝器几种典 型的几种流路的性能比较，见右图，为了讨论方 便，命名上述六种流路如下： （a ） U 形顺流； （b ） U 形逆流； （c ） 倒U 形顺流； （d ） 倒U 形逆流； （e ） Z 形逆流； （f ） Z 形顺流。 从上图可知，在相同流量下，U 形逆流和倒 U 形逆流（已经重叠在一起了）是换热效果最 好的，而 U 形顺流和倒 U 形顺流（也重叠在一起了）是最差的。而且流量越大，差异越明显。 其它介于两者之间，这和关于对数平均温差的讨论结果一致。而对于制冷剂在管内的压降，随 着流量增大，不可避免的增大，而顺流的压降要比其他几种小。 随着流量的增大，逆流和 Z 形流路压降相差越来越小。在实 际空调应用中，6KW 以上制冷量流量是 100kg/h，质量流量在 70kg/m2.s 左右，一般最高不要超过 500kg/m2.s 。 但是，有文献在讨论流路设计时，给出以下流路方案及实 验结果： 从右边的图来看，b 流路是 Z 形顺流，但和上面的 Z 形顺 流有些变化，那就是有两路 Z 形顺流交叉向下流动。c 流路是 3 路倒 U 形逆流，不过在下部加了几根过热管。 分析实验的数据可知，冷凝器外形相同，那么总体换热面 积相同，对数平均温差 c 流路比 b 流路大，但总换热系数 c 流 路比 b 流路要小。而最后 c 流路的换热量比 b 流路的要小。从 制冷剂进出口状态和流量可知，这个实验是设定进出口状态，而让流量作为变量，而前一个实 验是定流量测试的结果。另外c 流路是 3 支路， b 流路是 2 支路，从一些文献的讨论中有这样 的一种结论：冷凝器随着支路数的增加，制冷 剂流量在