橢圓翅片管簡(jiǎn)介

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，換熱設(shè)備趨于緊湊、輕巧、高效并小型化，但是一般換熱器不能滿足上述要求，這就促使人們?nèi)パ芯扛咝Q熱器。因此管翅式換熱器作為一種高效換熱器受到學(xué)者們的青睞。管翅式換熱器在制冷、空調(diào)等工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用，核心元件是換熱器內(nèi)部的管束，為提高傳熱性能在基管表面加翅片是強(qiáng)化傳熱的一個(gè)非常有效的途徑，并且與光管相比，翅片管有結(jié)構(gòu)緊湊，選材靈活合理（基管和翅片的選材可以不同），傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn) 。

翅片管的種類很多 。根據(jù)翅片安裝位置的不同，翅片管有內(nèi)翅片管和外翅片管兩種,其中以外翅片管應(yīng)用較為普遍。根據(jù)翅片排列方式的不同，翅片管有縱向翅片管和橫向翅片管兩種。根據(jù)基管形狀的不同，翅片管有圓翅片管、橢圓翅片管和扁管翅片管等。市場(chǎng)上圓翅片管換熱器占據(jù)著主導(dǎo)作用，但大量試驗(yàn)表明，相對(duì)于圓翅片管而言，橢圓管的管后回流區(qū)和迎風(fēng)面積要小得多，有效地減小了空氣側(cè)的流動(dòng)阻力、降低能耗；當(dāng)管束數(shù)目相同時(shí)，橢圓管和扁管比圓管結(jié)構(gòu)更緊湊，換熱器的體積更小，降低成本。因此，橢圓管翅式換熱器的研究開(kāi)發(fā)日益受到學(xué)者的重視。

劉寶興等 對(duì)十種橢圓矩形翅片管束的放熱和阻力性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。用線性回歸分析和F 水平顯著性檢驗(yàn)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，求得了橢圓矩形翅片管束的空氣側(cè)放熱和阻力性能的關(guān)聯(lián)式。確定了橢圓矩形翅片管束分別在最小容積和最小迎風(fēng)面積標(biāo)準(zhǔn)下相應(yīng)的最佳橫向管間距和縱向管間距。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到管排數(shù)、橫縱向管間距和摩擦系數(shù)之間相互影響的規(guī)律。楊金寶等 研究了不同橢圓長(zhǎng)短軸之比（a/b）的橢圓管翅片間距對(duì)放熱的影響，并對(duì)帶四個(gè)擾流孔的矩形翅片橢圓管在橫掠氣體中進(jìn)行了放熱研究。得出了可以作為工程計(jì)算基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單公式。屠珊等 用穩(wěn)態(tài)恒壁溫法對(duì)三個(gè)橢圓翅片管空冷器和一個(gè)圓形翅片管空冷器的傳熱和阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究分析得到了兩種翅片管不同工況下的Nu 和Re 關(guān)聯(lián)式。研究還表明：迎風(fēng)面流速相等時(shí), 橢圓翅片管比圓形翅片管空氣側(cè)換熱系數(shù)約大3~ 7 倍；換熱系數(shù)相等時(shí)，橢圓翅片管比圓翅片管的壓降，并且橢圓翅片管換熱器需要較小的引風(fēng)機(jī)能耗和換熱面。陳亞平等對(duì)軋片式橢圓鋁翅鋼管換熱器的傳熱及流動(dòng)阻力特性進(jìn)行了測(cè)試。阻力特性試驗(yàn)分別對(duì)3 排和4 排管試驗(yàn)件進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：隨著翅片管側(cè)迎面風(fēng)速的增加壓力降逐漸增大，同時(shí)4 排管試驗(yàn)件的壓力降明顯大于3排管的，因此管排數(shù)的增加減弱了翅片管的換熱。試驗(yàn)結(jié)果表明：獨(dú)特工藝制造的軋片式橢圓鋁翅鋼管具有良好的傳熱、阻力性能和足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 因此有廣泛的應(yīng)用前景。段芮等 對(duì)翅片間距不相等的翅片管散熱器在管束叉排布置時(shí)的傳熱和阻力性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)用鋼管鋼翅片橢圓管散熱器，換熱器內(nèi)為兩排管，用第二排的翅片間距大于第一排的布置方式使得第二排的管外空氣阻力減小，增加了換熱量。

（1）相對(duì)于圓管翅片管，橢圓翅片管更容易實(shí)現(xiàn)緊湊布置，使整個(gè)換熱器整體體積減小，從而減小了占地面積。

（2）由于橢圓翅片管形狀特點(diǎn)，空氣側(cè)阻力小，流體間的換熱系數(shù)增大；管內(nèi)熱阻比較小，增加了管內(nèi)流體的換熱量。

（3）橢圓翅片管的換熱面積大于同等截面積的圓管，這是因?yàn)橥鹊臋M截面積下，橢圓管的傳熱周邊比較長(zhǎng)。

（4）橢圓翅片管中最常用的是矩形鋼翅片，強(qiáng)度高，基管冬季不宜凍裂，使用壽命長(zhǎng)。

（5）由于橢圓翅片管可以更緊湊的布置，前排管對(duì)后排的影響比較大，可以通過(guò)增大后排管的翅片間距，減小管外流阻，但是管排數(shù)不宜過(guò)大。

橢圓翅片管由基管橢圓管和外翅片組成。常見(jiàn)的有橢圓矩形翅片管，橢圓橢圓形翅片管，橢圓圓形翅片管，螺旋橢圓扁管，橢圓H 形翅片管等。由于比圓翅片管性能優(yōu)越橢圓翅片管而正在受到重視，橢圓翅片管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于乙烯、煉油等工業(yè)領(lǐng)域。

在計(jì)算橢圓管翅式換熱器翅片效率時(shí)人們常把橢圓翅片管當(dāng)量成圓翅片管，按照?qǐng)A翅片管計(jì)算分析。當(dāng)量圓管的選取方法有兩種，一種是使當(dāng)量圓管的橫截面積與橢圓管橫截面積相等，另一種是使當(dāng)量圓管的周長(zhǎng)與橢圓管的周長(zhǎng)相等。

尾花英朗 以橢圓管矩形翅片替代了與其面積相等并與基管偏心率相同的橢圓翅片，并且進(jìn)行了翅片效率的理論計(jì)算。黃素逸等 根據(jù)計(jì)算圓管外圓翅片效率的公式，求得管外不同曲率半徑方向處翅片效率，然后用面積平均的方法對(duì)橢圓管矩形翅片進(jìn)行了分析計(jì)算。張春雨等 采用了有限差分?jǐn)?shù)值分析的方法，應(yīng)用溫度逐次更新處理技術(shù)對(duì)不同擾流孔下的橢圓管矩形翅片的翅片效率進(jìn)行計(jì)算；并與尾花英朗提出的采用當(dāng)量橢圓簡(jiǎn)化矩形翅片的方法做了對(duì)比，結(jié)果表明，采用當(dāng)量橢圓簡(jiǎn)化矩形翅片使翅片效率偏高。閔敬春等 驗(yàn)證了扇形法[21]可以用于橢圓管翅片效率的計(jì)算。計(jì)算了在不同工況下長(zhǎng)短軸比范圍為1~5 的橢圓管直翅換熱器的翅片效率，并將計(jì)算結(jié)果與工程常用的等周長(zhǎng)法和等面積法做了比較，得出扇形法與等周長(zhǎng)法和等面積法差異的規(guī)律變化。同時(shí)得到當(dāng)橢圓翅片管叉排布置時(shí)，等周長(zhǎng)法遠(yuǎn)小于等面積法的偏差；而當(dāng)橢圓翅片管順排布置時(shí)，等周長(zhǎng)法與等面積法的偏差近似相等。

橢圓翅片管作為高效換熱元件用于換熱設(shè)備中。管外流阻小，換熱效率高，使得換熱設(shè)備趨于緊湊、輕巧、高效并小型化得以實(shí)現(xiàn)。雖然關(guān)于它們的研究取得了很多成果，但是仍有很多研究工作尚待開(kāi)展。

（1）橢圓翅片管有很多的優(yōu)點(diǎn)，較研究比較匱乏。

（2）翅片效率在換熱計(jì)算中起著關(guān)鍵性的作用。橢圓翅片管翅片效率的計(jì)算都有很多種方法，但基本上都是以等效法為基礎(chǔ)進(jìn)行的，等效法存在著一些偏差，用于指導(dǎo)實(shí)際工程時(shí)要對(duì)這些偏差進(jìn)行修正。因此，為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果并且更方便的指導(dǎo)工程，今后有必要對(duì)其進(jìn)行更加系統(tǒng)的研究。

（3）有關(guān)橢圓翅片管內(nèi)外特性和換熱規(guī)律的研究已經(jīng)非常全面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。但對(duì)扁管翅片管的研究相對(duì)較少，尤其是對(duì)扁管翅片管內(nèi)外、溫度和速度場(chǎng)的研究比較少。雖然扁管翅片管空氣側(cè)阻力比較小，換熱系數(shù)高，但其內(nèi)部流體阻力比較大，制冷劑充注量比較少，限制了扁管翅片管在換熱器中的應(yīng)用。因此如何解決扁管內(nèi)部流阻大的問(wèn)題需要更多更深入的研究。