本發(fā)明公開了一種平翅片換熱器空氣側(cè)層流狀態(tài)下的換熱與阻力計(jì)算公式，包括以下步驟：第一步：建立翅片管模型，并將翅片的間距、厚度、管間距、管排數(shù)及入口風(fēng)速、管壁溫度作為變量因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)工況。對(duì)不同工況進(jìn)行流動(dòng)與傳熱的數(shù)值計(jì)算，得到換熱量和流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。第二步：在對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，給出關(guān)于雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)及翅片間距與特征長(zhǎng)度比值為自變量，以換熱量的努塞爾數(shù)與流動(dòng)阻力的阻力因子為應(yīng)變量的冪函數(shù)表達(dá)；第三步：采用最小二乘法，擬合出函數(shù)關(guān)系中的各系數(shù)取值。通過這套計(jì)算公式可用于計(jì)算平翅片換熱器在層流狀態(tài)下的換熱及阻力，并確定翅片間距對(duì)平翅片換熱器的性能影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱能工程領(lǐng)域，具體而言，是一種平翅片換熱器空氣側(cè)層流狀態(tài)下的換熱與阻力計(jì)算方法。

背景技術(shù)

目前平翅片式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，已廣泛應(yīng)用于空調(diào)、熱泵各種領(lǐng)域。對(duì)于其傳熱和流動(dòng)阻力特性，也有各式各樣的換熱關(guān)聯(lián)式，現(xiàn)有的換熱關(guān)聯(lián)式都是努塞爾數(shù)與雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)的關(guān)系；阻力因子與雷諾數(shù)的關(guān)系。由于應(yīng)用場(chǎng)合多在室外或是空氣流態(tài)在紊流的場(chǎng)合下，這些公式適用于空氣側(cè)流速處在紊流狀態(tài)下的計(jì)算。

目前隨著電子工業(yè)的發(fā)展，各種電子設(shè)備呈現(xiàn)出高集成化和小型化的趨勢(shì)，作為高集成度計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的散熱裝置，適用場(chǎng)合多在室內(nèi)，空氣側(cè)流動(dòng)速度明顯下降；同時(shí)翅片間距對(duì)傳熱器的影響尤為突出。

目前還沒有在層流狀態(tài)下翅片間距對(duì)換熱器性能影響的計(jì)算公式。基于此，本發(fā)明專利提出一種平翅片換熱器空氣側(cè)層流狀態(tài)下?lián)Q熱與阻力的計(jì)算公式，給出了努塞爾數(shù)和阻力因子表征的換熱、壓降關(guān)聯(lián)式，以及公式的適用范圍。通過該公式，可確定不同翅片間距下的換熱器換熱與阻力性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于空氣側(cè)流動(dòng)狀態(tài)為層流的平翅片換熱器性能的確定方法。這種方法可以替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法。考慮到空氣層流狀態(tài)在實(shí)驗(yàn)室難以實(shí)現(xiàn)的情況，通過數(shù)值計(jì)算方法，分析這種換熱器性能的變化特征，通過數(shù)據(jù)整理，給出這類換熱器的換熱系數(shù)和流動(dòng)阻力因子的計(jì)算公式，供實(shí)際選型設(shè)計(jì)使用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

1、確定換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)（翅片間距、翅片厚度、管間距、管排數(shù)），在結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，建立數(shù)值模擬模型；

2、調(diào)試流動(dòng)與傳熱三大守恒方程（質(zhì)量守恒方程，動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程）的數(shù)值計(jì)算程序，模擬換熱器在各種運(yùn)行參數(shù)（入口風(fēng)速、管壁溫度）下的流動(dòng)與傳熱特征；

3、對(duì)影響上述數(shù)值仿真結(jié)果的參數(shù)做影響敏感性分析，找出影響換熱器傳熱與流動(dòng)性能的最重要結(jié)構(gòu)參數(shù)為翅片間距、最重要的運(yùn)行參數(shù)為入口風(fēng)速，并將換熱量和流動(dòng)阻力表達(dá)成無量綱表達(dá)形式（見公式1和公式2）：

（1）

（2）

—努塞爾數(shù)；

—常數(shù)系數(shù)：—公式（1）中的常數(shù)系數(shù)，—公式（2）中的常數(shù)系數(shù)；

—雷諾數(shù)；

—普朗特?cái)?shù)；

—翅片間距；

—特征長(zhǎng)度；

，—的指數(shù)系數(shù)：

，—的指數(shù)系數(shù)。

4、數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，確定出公式1和公式2中的常數(shù)系數(shù)C和冪指數(shù)系數(shù)和。擬合后的結(jié)果見公式3和公式4：

（3）

（4）