[发明专利]一种平翅片换热器空气侧层流状态下换热与阻力计算方法

说明书

本发明公开了一种平翅片换热器空气侧层流状态下的换热与阻力计算公式，包括以下步骤：第一步：建立翅片管模型，并将翅片的间距、厚度、管间距、管排数及入口风速、管壁温度作为变量因素，设计正交试验工况。对不同工况进行流动与传热的数值计算，得到换热量和流动阻力的变化规律。第二步：在对模型计算结果进行验证的基础上，给出关于雷诺数、普朗特数及翅片间距与特征长度比值为自变量，以换热量的努塞尔数与流动阻力的阻力因子为应变量的幂函数表达；第三步：采用最小二乘法，拟合出函数关系中的各系数取值。通过这套计算公式可用于计算平翅片换热器在层流状态下的换热及阻力，并确定翅片间距对平翅片换热器的性能影响。

技术领域

本发明涉及热能工程领域，具体而言，是一种平翅片换热器空气侧层流状态下的换热与阻力计算方法。

背景技术

目前平翅片式换热器由于结构简单、易于加工，已广泛应用于空调、热泵各种领域。对于其传热和流动阻力特性，也有各式各样的换热关联式，现有的换热关联式都是努塞尔数与雷诺数、普朗特数的关系；阻力因子与雷诺数的关系。由于应用场合多在室外或是空气流态在紊流的场合下，这些公式适用于空气侧流速处在紊流状态下的计算。

目前随着电子工业的发展，各种电子设备呈现出高集成化和小型化的趋势，作为高集成度计算机等电子设备的散热装置，适用场合多在室内，空气侧流动速度明显下降；同时翅片间距对传热器的影响尤为突出。

目前还没有在层流状态下翅片间距对换热器性能影响的计算公式。基于此，本发明专利提出一种平翅片换热器空气侧层流状态下换热与阻力的计算公式，给出了努塞尔数和阻力因子表征的换热、压降关联式，以及公式的适用范围。通过该公式，可确定不同翅片间距下的换热器换热与阻力性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于空气侧流动状态为层流的平翅片换热器性能的确定方法。这种方法可以替代传统的实验方法。考虑到空气层流状态在实验室难以实现的情况，通过数值计算方法，分析这种换热器性能的变化特征，通过数据整理，给出这类换热器的换热系数和流动阻力因子的计算公式，供实际选型设计使用。

为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

1、确定换热器结构参数（翅片间距、翅片厚度、管间距、管排数），在结构参数确定的基础上，通过数值仿真实验，建立数值模拟模型；

2、调试流动与传热三大守恒方程（质量守恒方程，动量守恒方程、能量守恒方程）的数值计算程序，模拟换热器在各种运行参数（入口风速、管壁温度）下的流动与传热特征；

3、对影响上述数值仿真结果的参数做影响敏感性分析，找出影响换热器传热与流动性能的最重要结构参数为翅片间距、最重要的运行参数为入口风速，并将换热量和流动阻力表达成无量纲表达形式（见公式1和公式2）：

（1）

（2）

—努塞尔数；

—常数系数：—公式（1）中的常数系数，—公式（2）中的常数系数；

—雷诺数；

—普朗特数；

—翅片间距；

—特征长度；

，—的指数系数：

，—的指数系数。

4、数据进行编程处理，进行数据拟合，确定出公式1和公式2中的常数系数C和幂指数系数和。拟合后的结果见公式3和公式4：

（3）

（4）