燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗分析

吳宸萱

【摘 要】伴隨我國生態(tài)建設及大氣環(huán)保工作逐漸開展，燃氣熱水器作為現階段我國家庭必備電氣設備之一，優(yōu)化其效率的重要性不言而喻。通過近年來大多研究發(fā)現，對燃氣熱水器換熱器的肋片結構的優(yōu)化對熱水器的能源消耗、成本降低、性能保障、大氣環(huán)保等影響頗大。本次研究將對燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗進行分析，為下一步工作開展提供參考依據。

【關鍵詞】燃氣熱水器；換熱肋片；結構優(yōu)化

前言：燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計是降低大氣污染、實現節(jié)能減排的重要措施之一。然而現階段有關我國燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗研究相對較少，基于該問題現狀，要有行之有效的方法對其進行分析研究，如換熱器肋片厚度問題、換熱器肋片高度問題等，本次研究對燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗進行分析，有十分重要的理論指導意義。

一、優(yōu)化燃氣熱水器換熱肋片結構的重要性

隨著當下城市污染日益嚴重，人們環(huán)保意識也逐漸加強。其中，燃氣熱水器作為較為常見的必備電氣，提高其效率的重要性不言而喻[1]。諸多燃氣熱水器廠家也通過反復的研究，將具有節(jié)能、環(huán)保雙效能的燃氣熱水器進行推廣。本文主要以GB20665-2006型號燃氣快速熱水器為研究案例，并根據其實際要求及研究方向，對具體問題進行客觀分析。國家燃氣具能效標準要求，燃氣熱水器的一級能效為不低于 95%，二級能效為不低于86%，而三級能效為不低于82%。在不考慮熱水器的成本的前提下，滿足熱水器的能效要求并不難；但從節(jié)能增效及環(huán)保的角度出發(fā)，就有必要對換熱器肋片結構進行優(yōu)化，減少銅材的使用，從而降低不可再生資源的消耗[2]。同時，優(yōu)化肋片結構也符合諸多廠家降低投入成本、減少資金消耗的目標，本文以此為方向對其進行深入研究。

二、具體實驗及研究分析

（一）換熱器肋片厚度問題

通過研究發(fā)現，換熱器肋片厚度對其換熱性能影響較大，本次模式實驗采用肋片的節(jié)距為 P=2.2mm，其肋片厚度 h 值分別為 0.16mm、0.3mm、0.26mm、0.4mm、0.36mm 和 0.5mm。對其進行模擬計算，得出：其余工況相同時，肋片厚度不同，其換熱器出口煙氣中的平均溫度、總質量、換熱器總換熱量、單位質量換熱量也不同，具體結果如表1：

通過表1得出如下結論：第一、肋片厚度越薄，換熱器出口煙氣平均溫度越高，而當其肋片厚度出現增大情況后，其出口處煙氣平均溫度也就隨之降低。第二、通過實驗后發(fā)現，其肋片厚度的不斷變化與換熱器總重量變化基本成成正比，即肋片厚度增大，該換熱器總重量也就隨之增加；但肋片厚度持續(xù)增加后，換熱器單位質量換熱量會出現遞減現象。反之，其肋片厚度如減小，該換熱器單位質量所需換熱量也就越大。

（二）換熱器肋片高度問題

在對換熱器肋片高度進行實驗研究中，主要采取厚度為 h=0.26mm，肋片節(jié)距 p=2.8mm，并在其前端、后端各自延長為 3mm，將其記為“ v2w2”，其前端延長為 5mm，將其記為“ v4w0”。另外，其前端延長 5mm，后端則延長 3mm，將其記為“4w20”。其原始肋片記為“v0w0”，“v0w0” 與“v4w2” 表2為肋片高度對換熱器性能的影響結果：

通過表2、圖2得出如下結論：第一，在換熱器總重量不發(fā)生改變的情況下，如對其肋片高度進行增加，并對肋片數量進行削減，可有效對其換熱器出口煙氣溫度進行大幅度降低，但其總換熱量與單位質量換熱量將會持續(xù)提升。另外，其肋片高度的增高往往會受其表面最高溫度制約控制。第二、通過實驗研究發(fā)現，對 v2w2與v4w0 不同型號肋片數據記進行對比得出，其位于換熱器前端延長處的肋片相對于后端延長處，即同等長度肋片相比較，其換熱效果略好。

因此，通過以上對肋片厚度、高度等進行實驗分析后發(fā)現，其在換熱器自身質量不發(fā)生改變的情況下，通過采用前端及后端延長方式，可以對其總換熱量起到熱量增加效果。但肋片高度的增加必然對其表面承受溫度造成范圍超出，所以建議采用減小換熱器長度的方式，起到節(jié)約使用銅材的實際目的。另外，也可以對其換熱器長度進行合理設計，即長度減小，也會起到燃料降低的實際作用。從投入成本、效能發(fā)揮、性能穩(wěn)定成層面來講，其作用較為顯著。

結論：綜上所述，通過對燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗進行分析研究，主要包括：優(yōu)化燃氣熱水器換熱肋片結構的重要性、具體實驗及研究分析，其包括換熱器肋片厚度問題、換熱器肋片高度問題等，從多方面、多角度對燃氣熱水器換熱肋片結構優(yōu)化設計思路及實驗進行闡明，為下一步工作開展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]時紅遠，劉華，熊建國，等.丁胞與翼形肋片相結合的印刷電路板式換熱器流動與換熱特性的研究[J].工程熱物理學報，2019，40（04）：857-862.

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）