管翅式散熱器國外研究現(xiàn)狀綜述

摘 要：管翅式散熱器是一種典型的自然對流換熱設(shè)備，通過翅片與空氣間的對流換熱達到采暖的目的，由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、換熱效率高等優(yōu)點而被廣泛的使用。研究國外對流散熱器的現(xiàn)狀，對我國研究提高散熱器散熱性能、節(jié)約能源等問題具有重要意義。

關(guān)鍵詞：管翅式散熱器；國外研究；強化傳熱

1 研究背景及意義

我國是采暖散熱器生產(chǎn)和使用的大國，2015年采暖散熱器的國內(nèi)生產(chǎn)總值達到400多億人民幣，全國共有2600多家采暖散熱器生產(chǎn)企業(yè)。隨著我國住宅建設(shè)的高速發(fā)展，年需要散熱器約2.0億片，隨著社會的不斷發(fā)展，大量的農(nóng)村人口涌向城市，此時新建住宅就會更多，據(jù)數(shù)據(jù)顯示：到2020年，城市人均住宅面積將達到35平方米，那么需新建住宅204.41億平方米，到那時，城市建筑的采暖設(shè)備需求量將會更大。目前，采暖散熱器不僅限于供暖的作用，其作為一種供暖系統(tǒng)末端的建筑設(shè)備，其性能的好壞，安全、環(huán)保能力的強弱及外觀等方面的競爭力都成為評價其綜合性能的指標，因此，節(jié)能、舒適、對人體健康及環(huán)保已經(jīng)成為采暖設(shè)備發(fā)展的趨勢。

2 對流散熱器國外研究現(xiàn)狀

Batchler等是第一個通過研究給出自然對流換熱數(shù)學公式的學者，他的研究為后面對流換熱問題奠定了基礎(chǔ)。Jaluria等通過實驗對豎直平板自然對流情況進行了研究分析，實驗比較關(guān)心的是過渡區(qū)及測定表面熱通量的幾個值的變化情況，通過對湍流產(chǎn)生的研究，發(fā)現(xiàn)在速度場和溫度場的影響下，會使過渡區(qū)表現(xiàn)的更加的明顯。

ahin通過三維數(shù)值模擬研究了平翅換熱器在七種不同角度下的綜合換熱性能，通過數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)在傾角為30°的時候，其結(jié)構(gòu)換熱器的換熱性能最好。

Fabbri等對層流條件下，翅片管散熱器內(nèi)部換熱最好的翅片管形狀進行了研究，通過有限元軟件數(shù)值模擬得到了內(nèi)翅片管不同截面上的速度場合溫度場分布情況，并通過優(yōu)化得到了換熱性能最好的截面形狀。Erek運用數(shù)值計算的方法對翅片換熱性能及阻力情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)翅片間距對換熱性能有很大的影響。

He使用三維層流模型對翅片管換熱器進行了數(shù)值計算，他對雷諾數(shù)、管排數(shù)、翅片間距及兩種管間距等五種結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了研究，并通過引入場協(xié)同進行換熱分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運用場協(xié)同理論分析換熱問題會得到更好的結(jié)果。

Baskaya通過數(shù)值模擬的方法對自然對流換熱器進行了研究，主要研究了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括翅高、翅長）對換熱性能的影響，他還指出：為獲得最優(yōu)換熱性能的換熱設(shè)備，在進行分析計算時要考慮多個因素相結(jié)合，用單個因素很難獲得最佳的結(jié)構(gòu)。

Starner等對翅片管散熱器中翅片的高度、翅片間距等參數(shù)對換熱系數(shù)的影響進行了數(shù)值研究，結(jié)果顯示：翅片的安裝會給散熱器的散熱性能產(chǎn)生很大的影響，翅片安裝位置的差異會使散熱器的換熱系數(shù)降低。

Kim[14]對大翅片間距下的翅片管散熱器進行了研究，他通過實驗測試了22種不同的翅片間距及管排數(shù)下壓降和換熱系數(shù)的變化情況。管排數(shù)的變化范圍為1～4之間，翅片間距的變化范圍為7.5～15mm，發(fā)現(xiàn)換熱系數(shù)隨著翅片間距的增大而變大，最后通過擬合得到了相關(guān)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。

Xi和Torikoshi對翅片管進行數(shù)值模擬時，為弄清二維模型與三維數(shù)值模型結(jié)果上的差異，對兩種模型分別進行了數(shù)值計算，最后發(fā)現(xiàn)三維計算建模及計算的困難。

Wang C C于1996年和2000年分別對平翅片管換熱器進行了實驗研究，通過對不同的管排數(shù)、管徑、翅片厚度等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對換熱的影響進行了研究，在不同的雷諾數(shù)下，幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對換熱的影響會發(fā)生相應的改變，管徑越大，其壓降也會越大。

3 強化傳熱技術(shù)國外研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外的研究人員對強化傳熱的研究主要集中在流體運動狀態(tài)的改變及傳熱表面的變化等方面，其發(fā)展現(xiàn)狀及研究成果如下：

Aggarwal通過對強化換熱中抽吸的方法進行了研究，發(fā)現(xiàn)在流動狀態(tài)為湍流時，通過抽吸的方法能使湍流換熱系數(shù)增大。Webb對翅片管進行了實驗研究，通過對15組翅片管對流換熱進行測試，發(fā)現(xiàn)流道的形狀改變對換熱效果影響較大，尤其是微肋管的強化換熱效果比較明顯。

Chang對鋸齒形扭帶進行了研究，通過得到的壓降及換熱系數(shù)發(fā)現(xiàn)，在鋸齒形扭帶上增添一些小的突起，能夠改變翅片管內(nèi)流體的運動狀態(tài)，因而其換熱能力也更好。Srinivasan對螺旋扭槽管進行了試驗研究，其研究重點是管內(nèi)流體的流動及換熱情況，通過研究發(fā)現(xiàn)在較低的雷諾數(shù)下，管內(nèi)的流動介質(zhì)強化換熱的效果顯著。Manglik[22]對管內(nèi)流體進行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著流體速度的增大，會出現(xiàn)不同的流動狀態(tài)，通過其結(jié)果也發(fā)現(xiàn)螺旋扭帶的強化換熱性能好。

Kuznetsov采用試驗和數(shù)值計算相結(jié)合的方法對雙方程湍流模型進行了研究，通過對管內(nèi)填充多孔介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)對換熱性能有很大的影響，且流體的粗糙度也對換熱性能影響很大。

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作者簡介：陳金友（1986，10-），男，湖南衡陽，湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院汽車工程系，講師，碩士研究生，研究方向：汽車發(fā)動機技術(shù)及傳熱傳質(zhì)。