新型微通道换热器翅片的性能研究
[狄义波]
[英格索兰亚太研发中心，215000]
[ [ 摘摘 要要 ]
] 本文基于ANSYS 仿真软件，建立了常规微通道换热器空气侧翅片的对流换热模型，并用结合实验加以检验。该模型的给出的j 和f 因子与实验数据吻合良好，尤其在翅片典型的工作区间
(Re 数500至1000)。应用该模型的建模方式，分析了某新型翅片的压降与换热性能。该翅片
与常规开窗翅片相比具有结构简单，易于制造的优势，同时仿真结果表明：这种新型翅片有着
极低的摩擦因子f 和接近常规翅片的换热因子j，以及更好的翅片效率(f/j)。
[ [ 关键词关键词关键词 ] 微通道换热器，开窗翅片， CFD 仿真, 换热因子，摩擦因子
Performance study on a new fin of
Micro-channel heat exchanger
[Di Yi Bo]
[IRETC-AP, 215000]
[ [ Abstract Abstract Abstract ] In this paper, a CFD model is built to predict the air-side heat transfer and pressure
drop of Micro-channel heat exchanger and test is conducted to validate the approach.
CFD results give a good agreement of j and f factor, especially in typical Re number
range (500 to 1000) where MCHE normally works. The approach is used to analyze the
performance of pressure drop and heat transfer of a new fin. This fin has a large
advantage in manufacturing because of simpler geometry. And CFD results further shows
that this fin has an extremely low f factor and almost same level j factor, thus better
fin efficiency (f/j).
[ Keyword ]
[ Keyword ] Micro-channel heat exchanger, louver fin, CFD simulation, j factor, f factor 1 前言
早在20世纪80年代，微通道换热器开始应用到电子器件的冷却问题上，表现出体积
小，结构紧凑，传热系数高等优点；为解决汽车空调体积大、易损坏等缺点，美国Modine 公司借鉴电子产品领域的微通道换热器设计了平行流换热器。后来日本昭和铝等公司在两
端集管中增加隔板形成不同回路而称之为多元平行流冷凝器。目前，全铝的微通道换热器已广泛应用于汽车空调行业，随着加工工艺、技术和新型铝材的开发，正逐步应用于家用
和商用制冷空调领域。 高效的换热性能，较低的制造成本和简易的制造工艺一直都是换热器的目标，目前常
规的全铝微通道换热器结构如下：
图1. 微通道换热器结构图与实物
分配管（集流管）， 扁管（平行流管），翅片为微通道换热器主要构成部分。其换热比较复杂，包括制冷剂与扁管之间的对流换热，扁管与翅片之间的热传导，翅片与空气的对流换热。制冷剂的相变，更是增加的其换热研究的难度，目前对微通道换热器的研究设计以
实验验证为主，而基于CFD 的仿真研究比较少。国外方面，Man-Hoe Kim 和Clark W. Bullard
[1]基于45种微通道换热器的实验测试结果，分析了翅片间距，开窗角度，翅片长度等等对其换热和压降的影响，并回归推导摩擦因子和换热因子与翅片几何参数的关系。Chi-Chuan
Wang [2]等对74传统的圆管翅片式换热器进行了换热测试，回归了其翅片和圆管几何参数与
摩擦因子和换热因子的的关系。其换热因子关系式能拟合88.6%的实验数据，摩擦因子关
系式能拟合85.1%的实验数据，两者误差都在正负15%。Perrotin T. [3] 等用二维和三维CFD
仿真模拟了汽车冷凝器的换热，并和实验进行了对比，其仿真有助于更好的理解其换热机
理。Tafti D.K [4]等基于CFD 仿真研究了不同雷诺数下开窗翅片阵列的尾迹变化，发现雷诺
数为400(翅片间距为特征长度)开始出现尾涡，雷诺数大于1300时候流动完全为湍流。
Hsieh C. [5] 等对相继增大和相继减小翅片开窗角度模式进行了三维的CFD 仿真研究，其结
果表明相继变化的开窗角度有助于提供微通道换热器的换热性能。国内方面，张剑飞[6]等
测试了雷诺数100至500时微通道换热器的空气侧阻力，结果表明微通道换热器空气阻力
与换热量是同面积平翅片圆管换热器空气阻力相当。涂小平[7]等人通过对13个微通道冷凝
器空气侧性能进行时实验研究，并用Kim-Bullar 介绍的方法计算了空气侧换热和摩擦系数， 分析了其与迎风速度，翅片间距，翅片开窗数，扁管宽度与高度直径的关系，并对其
关联式进行了重新拟合。Xiaoping TU [8]等人基于实验和CFD 仿真的手段研究了不同翅片间
距，翅片开窗角度，翅片长度等对微通道换热器的换热与压降性能的影响，实验结果表明CFD 仿真模型有较好的预测能力，并给出了相关的设计参数的取值建议。
本文基于ANSYS 平台，通过建立常规开窗翅片微通道换热器空气侧的对流换热CFD 模
型，并用实验数据验证该模型的准确与可靠。最终以此模型评估某新型翅片微通道换热器的换热性能。
2 常规微通道换热器
2.1 几何模型的简化与网格生成
针对整个微通道换热器的空气侧换热研究，1个和2个V 型区域（包含一个卷积翅片，上下端各一半厚度的扁管）分别选取作为计算域进行仿真模拟。考虑到钎焊决定了扁管与翅片之间的热阻，模型保留了翅片顶部和根部的焊锡(宽度0.12mm), 如下图
2。
图2. 计算域，翅片与扁管间的钎焊
建模的微通道翅片二维图纸如图3，扁管宽带为30mm, 翅片半总长度为13 mm,翅片高度10mm,翅片开窗角度为35°，翅片开窗数为
20,翅片厚度约2.5mm.
图3. 微通道翅片部分设计参数定义
2.2 网格生成与CFD 模型
仿真模拟计算域的网格采用Tetra，壁面边界网格采用prism，4层，网格数约为850
万。低温制冷剂冷却入流空气， 假定扁管中心面等温分布，入流均匀，翅片两侧空气流动
具有周期性。空气处理为理想气体，并考虑密度变化对流动的影响，流动模型为层流。入流气体温度为130°F，扁管中心温度为95°F。翅片与扁管为全铝材料，翅片与空气侧表面为流固交界面，处理为共轭换热，即同时求解固体侧与流体测换热。其网格剖面与CFD
建模如图4. 仿真基于该模型研究不同入流速度下微通道翅片空气侧的换热与压降。
图4.网格剖面图与CFD模型边界条件
2.3仿真结果比较
通过对比不同计算域（1V与2V）的仿真结果，图5。两者无论是进出口压降，还是翅片总的换热率，都几乎相同，最终模型采用
1V计算域。
图5.不同计算域的结果比较
图6为微通道翅片CFD仿真结果与实验测试结果的对比，两者在换热因子j(又称Colburn 系数)和摩擦因子f都有着较好的吻合度。尤其在雷诺数500至1000之间，两者的误差小于15%。这个区间也是微通道翅片的常规工作范围。在低雷诺数下，两者的误差增大。这可能是此时的测量误差的增加，以及单流道翅片(1V计算域)与整个微通道翅片阵
列两者物理结和几何之间的区别导致。该建模方法可以用于同类微通道翅片的性能预测，从而指导翅片设计。
图6. CFD 仿真结果与测试结果之间关于j 和f 因子的比较
3 新型翅片微通道换热器
3.1 新型翅片微通道换热器的设计
该新型翅片具有规整的几何结构，翅片只需折弯即可。翅片顶部与底部都和扁管有着
较大的接触面积，且翅片表面无需开窗, 其几何模型如图7. 其中翅片总长度均为1英寸，翅片参数
Fs(翅片长度)和
Fp(翅片间距)是其主要的设计参数。
图7. 某新型翅片的结构与设计参数Fs,Fp
3.2 新型翅片微通道换热器仿真建模与仿真结果比较
该新型翅片的建模网格全部采用六面体，如图8，并做了当Fs=1/8英寸，Fp=1/5英寸
的微通道换热器的网格无关性比较。图9为网格无关性结果j 和f 因子的比较, 网格数从
400万到960万，其j 因子的差异相差小于2%，f 因子的差异小于4%(其中400万网格仿真结果的j 和f 分别设置为1)，最终采用
400万网格的拓扑设置。
图8.局部翅片与扁管表面网格
图9. j 和f 因子的网格无关性比较
图10为该新型翅片(Fs=1/20英寸,Fp=1/5英寸)与常规微通道翅片A 和B(已经应用在
空调换热器中)的性能比较。
由于其规整的翅片结构，有着在极低摩擦因子和较低制造成本。而换热因子方面较常规开窗翅片有着接近的性能。
图10.不同翅片形式微通道换热器的性能比较
4结论
本文研究了常规微通道换热器空气侧的CFD建模方法，同时以实验数据验证了该模型的可靠性。基于此研究分析了某新型翅片微通道换热器的性能，其CFD结果表明：与常规开窗翅片相比，新型翅片有着极低的压降性能以及近似的换热性能，从而具有更佳的翅片效率。
参考文献]]
[参考文献
[1]Kim, Clark W. Bullard , Air-side thermal hydraulic performance of multi-louvered fin aluminum
heat exchangers, International Journal of Refrigeration 25 (2002) 390–400
[2]Chi-Chuan Wang*, Kuan-Yu Chi, Heat transfer and friction characteristics of plain -and-tube
heat exchangers, part I: new experimental data, International Journal of Heat and Mass Transfer
43 (2000) 2681±2691
[3]Perrotin T., Clodic D., 2004, Thermal-Hydraulic CFD Study in Louvered Fin-and- flat-tube Heat
Exchangers International Journal of Refrigeration, vol. 27: p. 422-432.
[4]Tafti D.K., Wang G., Lin. W., Flow transition in a multilouvered fin array, International
Journal of Heat and Mass Transfer 2000, 43,901-919
[5]Hsieh C-T, Jang J-Y, 3-D thermal hydraulic analysis for louver fin heat exchangers with variable
louver angle. Applied Thermal Engineering 2006.26 1629-163
[6]张建飞，秦妍，孔祥国， 扁管和百叶窗式微通道换热器空气侧阻力的实验研究. 制冷学报，2014年2
月，第35卷，第1期
[7]涂小苹，梁祥飞,微通道冷凝器空气侧性能的实验研究，制冷与空调，2013年10月，第13卷，第9期
[8]Xiaoping TU, Huahe LIN, Xiangfei LIANG . CFD Simulation and Experimental Study on Air-side
Performance of MCHX .International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, July 12-15, 2010
微通道换热器研究进展 更新时间：2011-06-13 13:53:26 微通道换热器研究进展 钟毅尹建成潘晟旻 (昆明理工大学) 摘要：从微通道换热器的发展历史出发,介绍其制造方式、结构和材料,重点介绍对微通道换热器发展和降低成本有重要影响的全铝微通道管材成形加工技术。对微通道传热的特征进行述评,从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现微通道换热器的应用前景。 关键词：微通道;换热器;传热特性;压力降;空调;制冷 10~50mm, 3~10mm,0.6~2mm,10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 1 微通道换热器的发展历程 微通道换热器(见图1[1-2])的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981 年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展, 10~1 000μm通道所构成的微尺寸换热器。1986年Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到 7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实
际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行[3]。 在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用,已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1 300倍[4]),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势[5],若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高[6],在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面,当流道尺寸小于3mm时,气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸,通道越小, 0.5~1mm时,对流换热系数可增大50%~100%。将这种强化传热技术用于空调换热器,适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施,预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。 与最高效的常规换热器相比,空调器的微通道换热效率可望提高
换热器的研究现状及应用进展 摘要：换热器是一种非常重要的换热设备，是实现不同介质在不同温度下传热 的节能设备。它可以利用低温介质对高温介质进行冷却，达到冷却、预冷的效果，也可以利用高温介质对低温介质进行加热，使工艺温度达到生产的要求。长期以来，换热器强化传热技术受到了世界各国学者的关注，高效节能的新型换热器层 出不穷。 关键词：换热器；研究现状；应用进展； 一、换热器的研究现状 1.管式换热器。管式换热器是最典型的间壁式换热器，它操作可靠、结构简单、可在高温高压下使用，是目前应用最为广泛的换热器类型之一。然而，研究 表明，与以往传统的管壳式换热器不同，新型换热元件和高效换热器的研发已经 进入了一个新时期。从目前诸多的研究成果来看，改善换热器的方法主要有对管 程结构改进和对壳程结构改进两大类。在管程结构改进中主要有改变传热面积和 加入管内插入物两类。在壳程结构改进中主要有改变管子外形及表面特性和改变 壳程管间支撑物结构两种。（1）螺旋槽纹管换热器。螺旋槽纹管是一种高效益 异形的强化传热管件，它通过改变传热面的形状大大强化了流体的换热效果。二 十世纪七十年代，美、日、英等国对螺旋槽纹管换热器进行了大量的研究，基于 螺旋槽纹管的特性，美国Argonne国家实验室和GA技术公司设计螺旋槽纹管换 热器的传热效率比光管提高了2至4倍。目前，无论是从传热、流阻、阻垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到 实际已达到较高水平。（2）管内插入物换热器。管内插入物换热器是通过在管 内添加插入物增加流体的湍动程度，加强近壁面和流体中心区域的混合程度，从 而达到了强化传热的目的。管内添加物的种类多种多样，常见的有加入纽带、螺 旋线、螺旋片等。试验研究表明，管内插入纽带之后，如果是层流换热，则对流 传热系数可增大2至3倍，压降增加3倍以上。若是紊流换热，传热系数仅增大30%左右，而压降增大2倍以上。管内插入物加工简单，特别适合对已有设备进 行升级改造。（3）折流杆式换热器。传统的管壳式换热器装有折流板，这种结 构的流动阻力大，容易使换热管发生震动而被破坏，为了解决这个问题并强化传 热效果，折流杆换热器应运而生。它通过改变壳程管间支撑物结构强化了传热。 折流杆式结构至少由四片折流栅组成，两横两竖，每个折流栅由若干个相互平行 的折流杆镶嵌在一个折流圈上。折流杆换热器几乎不存在流动死区，从而彻底解 决了传统的折流板换热器中存在的流动死区的问题。另外折流杆换热器不易结垢，流体在经过折流杆时产生文丘里效应对管壁有强烈的冲刷作用使得污垢难以形成。（4）管翅式换热器。管翅式换热器广泛应用于制冷行业，与普通的管壳式换热 器相比，它传热系数高、结构紧凑、使用寿命长、拆装简易，是一种安全可靠的 换热器。管翅式换热器通过在管外加装翅片，强化了壳程的传热。对总结了不同 翅片形式强化传热的机理及翅片参数对传热与流阻的影响规律。对管翅式换热器 进行了优化设计，计算出了特定工况下的最佳换热性能参数，并进行了计算机辅 助优化设计程序的开发。 2.板式换热器。板式换热器是由一系列波纹状的薄板按照固定的间隔并通过 垫片紧压而形成的换热器，板式换热器与管式换热器相比，在相同的污垢系数下，总传热系数是管式换热器的2至3倍，压力损失为其0.5至1倍，重量为其0.25 至0.5倍。体积和占地面积为其的0.3至0.5倍，因此板式换热器的性能更佳。但
微通道换热器流体流动传热研究 刘庆荣，山东豪迈化工技术有限公司 摘要:微小型化是当代科技发展的重要方向之一。近些年来微小通道紧凑式产品在汽车、宇航、电子和制冷等行业内的应用越来越广，但是对于微小型通道内的流动传热机理等问题仍然还存在着很多争论，这方面的基础研究仍然处于初步阶段。本文从流体流动角度总结了近年来学者对微通道内的流动和传热的研究成果，适当分析了不同结构的微通道内流动传热机理的差异。为设计出比较适合的微通道产品，提供了流动特性的定性分析; 引言 微尺度科学中物质和能量的输运均发生在一个受限的微小结构内，而物质的输运和相互作用必然涉及到流动和能量的转换，据热力学第二定律可知，任何不可逆过程中能量的耗散必然有一部分是以热的形式体现的。因此，不仅在微通道中的流动、传热方面，对于其他所有微系统的设计及应用来说，全面了解系统在特定尺寸内的行为已经成为迫在眉睫的任务。 一般来讲，所谓“微尺度”并没有严格的界定，只是一个相对大小的概念。随着研究对象的不同，出现微尺度效应的空间尺度范围也不相同。通常所指的空间微尺度是跨越微米到原子尺度的宽广范围:微米—亚微米—纳米—团簇—原子。 在微尺度中的流动和传热的规律已明显不同于常规尺度条件下的流动和传热，换言之，当研究对象微细到一定程度以后，出现了流动和传热的尺度效应。目前需要着重讨论研究的是尺度微细化后出现的力学、热学等现象和规律的变化，以及微细到什么程度才出现变化等。 尺度效应中下列情况值得注意: （1）由于尺度的微细，面体比增大，从而使表面作用增强，表面作用包括粘性力、表面张力和换热等。 （2）对于微尺度的物体，流动和传热的边缘效应和端部效应特别明显，其三维效应不能忽略，所以一般情况下，微细尺度物体不能简化为二维、一维问题来处理。 1.通道结构型式 根据常规换热器的结构以及微通道换热器研究的文献资料，微通道换热器结构形式可以归纳为两种:一是单一通道（类似于蛇形盘管，不需要对流体工质进行分液处理，如图1)，二是并排通道(须考虑对流体工质的分配问题)。为了能有效地找到一种比较实用的、可靠通道结构，这里借助Fluent软件对不同通道结构形式进行了流动特性的定性分析，以便确认一个流动特性较好的通道结构形式。Fluent定性分析的前提是对所有结构而言流体的初始条件是一样的;通过分析他们之间的压力降、流动的均匀性以作比较，从而确定较为理想的通道结构形式。 就单一通道的微通道换热器来说，优势在于不存在流体有效分配的问题，而且由于通道较长有利于制冷剂的相变换热的完全进行，不过其存在的不利因素有：
流程布置对翅片管换热器换热 性能影响的研究现状与展望Ξ 姜盈霓1),2) 虎小红1) 1)(武警工程学院) 2)(西安交通大学) 摘 要 综述国内外在流程布置对翅片管换热器换热性能影响方面的研究进展,并针对存在的问题指出今后的研究方向。 关键词 流程布置 翅片管换热器 冷凝器 蒸发器 Prospect and research status of the effect of circuit arrangement on the heat exchanger performance of f inned tube exchanger Jiang Y ingni1),2) Hu Xiaohong2) 1)(Engineering College of Armed Police Force) 2)(Xi’an Jiaotong University) ABSTRACT Introduces the research of of circuit arrangement on the heat exchange performance of finned tube exchanger some advices for the future research in this field. KE Y WOR DS circuit arrangement;finned tube heat exchanger;condenser;evaporator 纵观强化传热的研究文献,可以看到强化传热可以通过提高传热系数、增加传热面积和增大空气侧和制冷剂侧传热温差3种途径来实现。制冷空调中制冷剂以及冷却介质大都呈强制对流换热,因此强化的重点在于单相流体对流换热的强化、凝结与沸腾换热的强化。以往的研究多集中在管内和管外的结构以及寻找更高效、环保的替代制冷剂上,这些研究取得了很好的强化换热效果。在换热强化的第3个措施上(即增大传热温差),研究人员投入的精力并不多。因为通常认为当高、低温介质一定时,传热平均温差就随之而定了。这种观点是片面的,事实上,流程布置对换热性能的影响是不可忽略的。 1 研究流程布置对翅片管换热器换热性能影响的意义 人们早就注意到当高温、低温介质的进口温度一定时,逆流传热比顺流传热有着更大的传热平均温差,因而也具有更大的换热量,叉流的换热量处于这两者之间。这说明换热器流程布置会改变传热温差的分布,会对换热量产生影响。 研究翅片管式换热器流程布置是一项复杂的工作,因为对其造成影响的因素很多,主要有两方面的原因:一是在实际设计中,流程布置的方法几乎有无限多种,很难找到一个可行的方法来描述所有的可能布置形式;二是很难找到一个耗时少且精度高的方法来求解控制方程。通常都希望换热器有一个均匀和高效的换热和流动性能,这就需要采用复杂的流程布置形式,然而复杂的流程布置又会造成传热的不均匀性,这是进行流程布置研究尤其是复杂流程布置研究中应尽量避免的。换热器流程布置不仅仅指换热管的排列方式,还包括换热管组的分叉流动等情况。当制冷剂流量一定时,通路数和分叉与否直接影响制冷剂的流速,从而也会影响换热系数。因此,这里不但涉及到平均温差,而
国外换热器新进展 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 Recent advances on foreign heat exchangers Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is outlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements and structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective heat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，
微通道换热器研究进展 微通道换热器研究进展 钟毅尹建成潘晟旻 (昆明理工大学) 摘要：从微通道换热器的发展历史出发,介绍其制造方式、结构和材料,重点介绍对微通道换热器发展和降低成本有重要影响的全铝微通道管材成形加工技术。对微通道传热的特征进行述评,从微电子微机械高效传热、CO2制冷减少温室气体排放和提高家用空调能效比几个方面展现微通道换热器的应用前景。 关键词：微通道;换热器;传热特性;压力降;空调;制冷 换热器工质通过的水力学直径从管片式的 10~50mm,板式的 3~10mm,不断发展到小通道的 0.6~2mm,微通道的 10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 1 微通道换热器的发展历程 微通道换热器(见图1[1-2])的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展,人们已经能够制造水力学直径 10~1 000μm通道所构成的微尺寸换热器。1986年Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行[3]。 在汽车空调方面,由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用,已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a 作为一种过渡型替代品,由于其温室效应指数很高(约为CO2的1 300倍[4]),也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势[5],若采用合适的制冷循环,CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当,甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环,压力很高[6],在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上,设计压力要达到42.5MPa,这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下,微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。
微通道换热器综述 1 前言 换热器工质通过的水力学直径从管片式的φ10-50mm，板式的φ3-10mm，不 μ，这既是现代微电子机械快断发展到小通道的φ0.6-2mm，微通道的φ10-600m 速发展对传热的现实需求，也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90 年代出现的微电子机械系统的传热问题。1981年，Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念；1985年，Swife，Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展，人们已经能够制造水力学μ通道所构成的微尺寸换热器。1986年，Cross和Ramshaw研直径φ10-1000m 制了印刷电路微尺寸换热器。体积换热系数达到7MW/(m3·K)；1994年，Friedrich 和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/ ( m3·K)；2001年，Jiang 等提出了微热管冷却系统的概念。该微冷却系统实际上是一个微散热系统，由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器，可实现主动冷却，支持高密度热量电子器件的高速运行。在汽车空调方面，由于传统的氟利昂系列制冷剂对臭氧层具有较强的破坏作用。已被《蒙特利尔议定书》禁止。R134a作为一种过渡型替代品，由于其温室效应指数很高(约为CO2的1300倍)，也被《京都议定书》所否定。CO2在蒸发潜热、比热容、动力黏度等物理性质上具有优势。若采用合适的制冷循环，CO2在热力特性上可与传统制冷剂相当，甚至在某些方面更具优势。但是CO2制冷循环为超临界循环，压力很高。在空调系统中高压工作压力要到13MPa以上，设计压力要达到42.5MPa，这对压缩机和换热器的耐压性均提出了很高的要求。在结构轻量化和小型化的前提下，微通道气体冷却器是同时满足耐压性、耐久性和系统安全性的必然选择。目前欧盟已做好准备，将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 在家用空调方面，当流道尺寸小于3mm时，气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸。通道越小，这种尺寸效应越明显。当管内径小到φ0.5-1mm 时，对流换热系数可增大50%-100%。将这种强化传热技术用于空调换热器，适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施，预计可有效增强空调换热器
板式换热器的研究进展 发表时间：2020-04-03T14:58:53.603Z 来源：《建筑实践》2019年38卷第22期作者：陈厶玮1 陆明伟2 [导读] 近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善摘要：近年来，随着现代化建设的发展，我国的能源建设发展也有了改善。换热器的出现是人类社会发展中对热量交换管理作出的一次重要改进。通过换热器应用，能够满足人们对于热量交换的处理需求，对于人们日常生活水平提升具有重要意义。由于换热器构成方式不同，整个器件运行过程中形成的热量交换方式也有所不同。一般情况下，换热器构成类型有管式换热器和板式换热器两种，不同类型换 热器能够最大限度上满足人们对于热量交换处理的需求。本文针对换热器应用现状及进展展开讨论研究，希望能够对换热器未来发展方向做出分析，提升换热器应用研究水平。 关键词：板式换热器；研究进展；措施引言 我国能源需求刚性增长，消费水平居世界前列并仍在快速增长，其中工业能耗约占总能耗的70%，节能减排形势严峻、意义重大。换热器广泛应用在化工、石油、冶金和电力等领域，其性能对提高能效具有显著价值，国内外研究人员都非常重视强化换热技术，通过不断开发新型的换热器结构、优化设计参数、选用特殊材料来提高换热效率、减少流动阻力、改善环境适应性，从而提高换热能力，提升设备在行业的竞争水平。其中，板式换热器市场发展迅速。它具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、污垢系数低等优势，同时便于拆卸、清洗，不同结构型式的板片间可灵活组合，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种工业应用。然而在实际使用板式换热器时会出现流动阻力大、耐高温高压能力差等不足之处，缩减了板式换热器的应用范围。为改善提升板式换热器的传热效果，国内外研究人员通过实验研究和数值模拟等手段，在传热、流动、结构和材料等方面开展了大量工作，本文即对相关工作进行总结概述，以期分享板式换热器的研究成果，进一步了解其研究进展及未来发展方向。 1换热器的研究现状 1.1管式换热器 管式换热器作为当前市场上流通性较强的一种换热器类型，在换热器应用和发展中具有重要地位。由于管式换热器具有结构简单以及耐高温性强等特性，使得人们对于管式换热器的应用越来越重视。按照管式换热器构成方式，在现有换热器行业发展中，管式换热器已经形成了以螺旋槽文管换热器、管内插入物换热器、折流杆式换热器和管翅式换热器为主的管式换热器应用形式。由于每种管式换热器构成方式和应用方式不同，在换热器应用过程中，热量交换以及热量传导效率出现了显著差异。以管内插入物换热器为例，在现有换热器应用处理中，其能够在换热交换中借助传热系数变换，将整体传热效率提升30%，对人们换热处理需求起到重要保障作用。 1.2板式换热器 板式换热器是在当前换热器市场发展中较为常见的一种换热器类型，由于板式换热器由不同间隔薄板构成，在进行换热交换过程中，各个薄板中的热量会随着换热方式调整出现热量迁移和转换；并且在相同污垢系数下，板式换热器换热效率能够提升至传统换热器应用效率的2～3倍，这对于换热器的应用而言是非常重要的。在板式换热器应用过程中，由于其占有体积和占地面积较小，使得换热器的应用灵活性较高，所以被很多工厂以及浴池所青睐。同时，由于板式换热器构成中具有较为明显的螺纹板式，能够按照螺纹板式构成中的要求，进行相关数值模拟计算，提升了板式换热器内部换热效率控制水平；尤其是在山东大学文孝强等人研究下，通过对板式换热器内部材料改进，提升了整个换热器换热性能，满足了人们换热处理需求。 2概述 随着可持续发展战略的实施，国家对GDP能耗控制指标不断细化，作为重要过程设备的换热器在暖通、冶金、核电、石油、化工等行业的热量回收和综合利用中发挥着越来越大的作用。根据结构特征换热器主要分为：管式、板式、扩展表面式以及再生式换热器四类。板式换热器因其独特的结构设计，与其它类型的热交换器相比，具有传热效率高、质量轻、占用空间小、结构紧凑、易维修维护等诸多的优点，近几十年来被广泛研究与应用。为适应不断变化的市场需求，全面提高板式换热设备的传热能力，众多企业和学者对板式换热器做了许多卓有成效的研究。未来板式换热器的发展，主要包括三个方面的内容：板式换热器大型化技术、可靠结构和传热性能兼顾的板片开发、流场精细化CFD分析。 3板式换热器的研究进展 3.1板式换热器的结构设计与优化 板式换热器结构设计与优化的目的是强化换热、降低流阻，使换热器的性能达到最佳，其设计基本原则是将换热器的压力损失降到最低从而得到最佳的换热效率。所以，主要从总传热系数与压损的大小两方面来体现板式换热器的性能优越性，并通过选择评相应价标准，对换热器的综合性能进行评价，从而下获得所运行参数下的最优板形。按照设计需求，换热器有若干性能评价标准。早期常用的评价标准是根据单一参数进行评价，比如给定参考流速下对比换热器传热系数和压降两个数值来评价。后续研究人员还提出使用无量纲化的努谢尔特数比和流动阻力比进行评价。板式换热器的流道形状复杂，叠放形式多样，研究者多通过实验和数值模拟对比分析板片的波纹倾角、波高、间距等不同结构参数的影响，以期得到性能最优的波纹结构。 3.2板片结构参数对换热性能影响的CFD研究进展 板片结构参数对板式换热器的换热性能有直接的影响。人字纹板同平板换热器相比，能较早地促使瑞流产生，其临界雷诺数Re为400-800。当Re>1000时，在任何情况下都具有湍流特性。人字形波纹板片的波纹倾角是影响流体在换热器流动状态的主要因数，并且深刻影响着流体的传热与压降等特征。除波纹倾角外，对于人字形波纹板片影响换热器性能的因数还有波纹深度、法向截距（波长）、表面展开系数、波纹截面形状等。近几年，国内学者采用组合通道内局部可视化结合传热机理预测推断板式换热器的传热及流阻特性；特别在板式换热器CFD方面的研究取得很大的进展。然而由于目前国内相关实验研究所用的板片的波纹形状、流道组合、Pr（普朗特数）的选取、黏度的修正等各不相同，故结果也不尽一致。板式换热器CFD分析手段使得新产品的开发和相应流场的分析变得轻松，然而目前国内各方学者的研究出发点多有重复，并且模型简化使得其精确性受限，因此，进一步的系统的CFD精细化研究实验是分析和提高其传热性能重要的方向。同时针对超大型板式换热器的传热及流场研究很少。板式换热器的大型化发展，使得开发可靠结构和传热性能兼顾的板片已是板式换热器优化与改进的主要方向。
苏尚美,张亚男,成方园(山东大学能源与动力工程学院,山东250002) 摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.本文还讨论了工质的选择,微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景. 关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构 引言2O 世纪5O 年代末,著名的物理学家Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术的发展方向.换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油,化工,动力, 核能,冶金,船舶,交通,制冷,食品及制药等工业部门及国防工程中.其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位.如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标.器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效,更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生. 1 微通道发展简史 所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元.当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行,直观的分类是由Mehendale.s.s 提出的按其水力当量直径的尺寸来划分.通常含有将水力当量直径小于1mm 换热器称为微通道换热器. 早在二十世纪八十年代, 美国学者Tuckerman 和Pease 报道了一种如图 1 所示的微通道(Micro-channel) 换热结构.该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的"热障"问题. .随后Wu 和Little,Pfahler 等,Choi 等都对通道中的单相流进行了分析和研究.用于两种流体热交换的微通道换热器于1985 年由Swift 研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十. 美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O 年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等.卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH) 也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器. 图一微通道的基本结构 2 微通道中流体的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应. 2.1 微尺度效应 对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001 时(其中为分子的平均自由程, 为水力当量直径) ,流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响. 对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算.以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应) . 对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化.由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫.表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加,其影响程度在逐步减
制冷剂系统翅片式换热器设计及计算 制冷剂系统的换热器的传热系数可以通过一系列实验关联式计算而得，这是因为在这类换热器中存在气液两相共存的换热过程，所以比较复杂，现在多用实验关联式进行计算。之前的传热研究多对于之前常用的制冷剂，如R12，R22，R717，R134a等，而对于R404A和R410A的，现在还比较少。按照传热过程，换热器传热量的计算公式为： Q=KoFΔtm (W) Q—单位传热量，W Ko—传热系数，W/（m2.C） F—传热面积，m2 Δtm—对数平均温差，C Δtmax—冷热流体间温差最大值，对于蒸发器，是入口空气温度—蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温度—入口空气温度。 Δtmin—冷热流体间温差最小值，对于蒸发器，是出口空气温度—蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温度—出口空气温度。 传热系数K值的计算公式为： K=1/（1/α1+δ/λ+1/α2） 但换热器中用的都是圆管，而且现在都会带有肋片（无论是翅片式还是壳管式），换热器表面会有污垢，引入污垢系数，对于蒸发器还有析湿系数，在设计计算时，一般以换热器外表面为基准计算传热，所以对于翅片式蒸发器表述为： Kof--以外表面为计算基准的传热系数，W/（m2.C） αi—管内侧换热系数，W/（m2.C） γi—管内侧污垢系数，m2.C/kW δ，δu—管壁厚度，霜层或水膜厚度，m λ，λu—铜管，霜或水导热率，W/m.C ξ，ξτ—析湿系数，考虑霜或水膜使空气阻力增加系数，0.8-0.9（空调用亲水铝泊时可取1）αof—管外侧换热系数，W/（m2.C） Fof—外表面积，m2 Fi—内表面积，m2 Fr—铜管外表面积，m2 Ff—肋片表面积，m2 ηf—肋片效率， 公式分析： 从收集的数据（见后表）及计算的结果来看，空调工况的光滑铜管内侧换热系数在2000-4000 W/（m2.C）（R22取前段，R134a取后段，实验结果表明，R134a的换热性能比R22高)之间。因为现在蒸发器多使用内螺纹管，因此还需乘以一个增强因子1.6-1.9。 下面这个计算公式来自《制冷原理及设备》（第二版，1996，吴业正主编）：
微通道换热器的探讨 微通道换热器是近一两年提得比较多的新式换热器，它是指由0.05-0.1in.(1—2.5mm)厚，0.5-1 in.(12-25mm)宽，内部有许多0.5-1mm的微小通道的换热管组成的换热器。虽然这种换热器在汽车空调（单冷型）及水箱上已经使用了很多年，但是在家用和商用空调与制冷产品上的应用却不多，开利在它的风冷螺杆冷水机30XA系列上使用了微通道换热器作为冷凝器，改进如下： 1．换热量增加10%； 2．制冷剂充注减少30%； 3．风侧阻力减少50%。 现在微通道换热器的优点总结如下： 1．强化了传热，提高了传热效率； 2．缩小了换热器体积； 3．减小了制冷剂的充注； 4．空气侧阻力减小，所需风机，电机规格减小； 5．因为是全铝材料做成，成本下降（但因为没有规模效应，仅指材料成本，单个产品仍比同规格翅片管式贵） 6．有更好的抗腐蚀性； 7．管内压力损失小； 8．容易现场修补泄露点。 缺点如下： 1．对于蒸发器，分液是一个重要问题，现在还不能很好解决； 2．对于蒸发器，冷凝水的快速排出还没有很好解决，这又衍生出结霜化霜问题； 3．因为空气侧阻力减小，使气流的不均匀性更加恶化； 4．设计灵活性减小，如部分负荷，过冷管段的设计等。
微通道换热器作为冷凝器时，经过 实验研究： 1．体积可以缩小约25%； 2．制冷剂充注可以减小约 20%-40%； 3．换热效率提高约10% 对比测试： 原型机规格： KFR-72LW：制冷量：7200W；制冷剂：R22 充注量：2.3kg 制热量：8200W（10300W）电源：220C/50Hz 功率：2630W/2600W（电加热4700W）毛细管：OD2.5x630x3 从表1可以看出，整体结构比原来小了，因为测试是借用原型机结构，所以微通道换热器的设计是主要是从安装方面考虑大小，所以迎风面减速小并不多，但从换热面积减小可以看出结构比原来小了。从表2可以看出，因为对蒸发器的设计和应用还有一些问题，所以对于蒸发器使用微通道换热器效果并不比原来好，但对只使用微通道冷凝器的机组，性能有所改善，特别是制冷剂充注。 以下是另一组只更换冷凝器的测，：
板翅式换热器 同组人：张弘达18、张来超14 薛业成06、张太平02
引言： 板翅式换热器：通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心。 --------张弘达 一、板翅式换热器的发展 二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。 1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f)，传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。 板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲折过程，在突破许多关键技术后才达到今天的水平。 现在国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上，最大
芯体尺寸（L×W×H）6000~7000×1200×1200mm，重达10吨以上，可以有十多种流体同时换热。我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究，70年代初期自行开发成功，并首先在空分设备上得到应用。90年代初，杭氧厂引进美国S.W公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术，板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化工（乙烯、合成氨、天然气分离与液化）、动力机械及航天（神舟号飞船）等工业部门得到广泛应用。并有部分出口国外（美国、加拿大等国）。 我国板翅式换热器目前的生产水平相当于国际上20世纪90年代中期水平。杭氧现已开发有近50种不同型式和尺寸规格的翅片，可满足各种换热要求。 二、板翅式换热器特点 （1）传热效率高。 （2）结构紧凑，单位体积换热面积为管壳式换热器5倍以上，最大可达几十倍。管壳式换热器一般为150~200m2/m3，而板翅式换热器因翅片具有扩展二次表面，使传热面积可达到1500~2500 m2/m3。 （3）轻巧、牢固。铝材密度ρ为2.7g/cm3，而钢材为7.8g/cm3，铜材为8.9g/cm3。 （4）适应性大，可适用多种介质热交换。在同一设备内可允许多达十多种介质之间热交换，可作气—气、气—液、液—液之间换热，亦可作冷凝和蒸发。 （5）经济性好。由于结构紧凑、铝材又轻，降低了设备投资费。
翅片管换热器基础知识 在换热器中，很多时候传热两侧流体的换热系数大小不平衡，通常我们会在换热系数小的一侧加装翅片。 什么是翅片管？
翅片管，又叫鳍片管或肋片管。顾名思义，翅片管就是在原有的管子表面上（不论外表面还是内表面）加工上了很多翅片，使原有的表面得到扩展，而形成一种独特的传热元件。 为什么要采用翅片管？ 在原有表面上加工上翅片能起到什么作用呢？
翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同，只是用翅片管代替了光管作为传热面。这使得其结构更加紧凑，换热面积增加，可以加强换热。 什么情况时，选用翅片管呢？ 有几个原则： （1）管子两侧的换热系数如果相差很大，则应该在换热系数小的一侧加装翅片。 ?例1：锅炉省煤器，管内走水，管外流烟气，烟气侧应采用翅片。 ?例2：空气冷却器，管内走液体，管外流空气，翅片应加在空气侧。 ?例3：蒸汽发生器，管内是水的沸腾，管外走烟气，翅片应加在烟气侧。 应注意，在设计时，应尽量将换热系数小的一侧放在管外，以便于加装翅片。 （2）如管子两侧的换热系数都很小，为了强化传热，应在两侧同时加装翅片，若结构上有困难，则两侧可都不加翅片。 在这种情况下，若只在一边加翅片，对传热量的增加是不会有明显效果的。
?例1：传统的管式空气预热器，管内走空气，管外走烟气。 因为是气体对气体的换热，两侧的换热系数都很低，管内加翅片又很困难，只好用光管了。 ?例2：热管式空气预热器，虽然仍是烟气加热空气，但因烟气和空气都是在管外流动，故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管，使传热量大大增加。 （3）如果管子两侧的换热系数都很大，则没有必要采用翅片管。 ?例1：水/水换热器，用热水加热冷水时，两侧换热系数都足够高，就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热，可采用螺纹管或波纹管代替光管。 ?例2：发电厂冷凝器，管外是水蒸汽的凝结，管内走水。两侧的换热系数都很高，一般情况下，无需采用翅片管。 翅片管束 1什么是翅片管束？ 由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅 片管束。一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。 2翅片管束的结构组成包括？ ?翅片管（多支）：传热的基本元件。 ?管箱（集箱）或管板：连接翅片管两端的箱体，弯管或钢板。 当翅片管与箱体或管板连接以后，翅片管之间的间距也就固定了，同时，管箱使管内的流体形成了连续的流道。
国外换热器新进展 国外换热器新进展 原作者：曹纬 出处： 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【论文摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 分类号TQ 051.5 Recent advances on foreign heat exchangers Senior Translator Cao Wei (Lanzhou Petroleum Machinery Reseach Institute, Lanzhou 730050) Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is ou tlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements a nd structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective h eat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备［1］。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高［2］。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系［3］。 2强化传热技术 所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的
微通道换热器的优势 MCHE：micro channel heat exchange（微通道换热器） 基于一系列的原因，我们确信未来属于MCHEs，在未来的五年，MCHEs的市场份额将会从3 % 上升到40%。 重量减轻68% 相比于F&T，MCHEs的重量要轻68%，差距如此大，是由于MCHEs的高传热系数性能，在同等的换热量下，能够设计成更小，更轻的机组，重量轻也就意味着更便于运输。 29%的价格优势 由于MCHEs能够做得更加紧凑，所以与F&T相比，MCHEs包含更少的金属。金属成份的减少也就意味着MCHEs能够更好地应对原材料的价格波动。 减少77%的内容积 微通道的扁管设计能够大幅增加传热性能，并且减少制冷剂充注。相比于F&T换热器，其内容积减少约77%。 减少的35%尺寸 轻巧的MCHEs设计意味着更少的换热器能够提供等效的换热性能。这种优势能够减少底盘尺寸及便于物流运输，相比于F&T，MCHEs能够减少35%体积。 减少50%的噪声 由于风阻的降低，MCHEs能降低50%的噪声—在家用空调应用中非常具有竞争优势。同样能节省风机的能耗。
100%的灵活设计度 客户能得到最大的灵活度设计方案，其能满足换热器尺寸和安装的要求。目前MCHEs的最大的尺寸达到1.5m x 4m，并且我们能提供一系列的安装附件来满足各种不同的安装要求。 更高的传热效率 MCHEs比F&Ts更能成功地解决换热性能与风侧换热效率的难题。它们提供更多的管路面积，紧密接触的扁管与翅片、同样紧密接触金属表面与环境空气的结构方式使换热器具有更高的传热效率。 钎焊式的扁管与翅片提高传热性能 翅片与管路存在间隙，传热效率会减弱。但在微通道换热器中，所有的部件都是钎焊在一起的，因此，翅片与扁管之间没有间隙，也意味着高传热效率。 容易清洗 对于F&T换热器，其灰尘和污垢非常难与清除；但是相于MCHEs来说，这是一种非常容易的事。 100%全铝结构 MCHES全铝结构，轻质金属，全铝结构能够防止发生F&T换热器翅片与铜管之间的之类的电腐蚀。由于是同一种金属，产品也易于回收。 低压阻性能 MCHE具有低压阻的性能，所以可以让你选择较小或较慢的风机，也能够减少能耗。或者你能使用同样的风机风量来提高换热能力。 引自：三花丹佛斯 https://www.doczj.com/doc/c11543268.html,