肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法.docx

肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法.docx

《肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法

肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法其检验方法及设计选型方法

章德尚

提要指出现有肋片管换热器热湿交换理论在数学分析中的错误，其实验方法在物理方面的漏洞，计算结果接近并超过肋片管换热器的冷量极限和计算方法复杂难懂等四个方面的问题,提出肋片管换热器热工性能曲线图和表的制作方法，肋片管换热器形式试验方法及质量抽检方法和换热器的设计选型方法。

关键词热工性能曲线图热工性能曲线表形式试验方法形式试验结果参数设计选型方法

现有肋片管换热器热工性能计算方法基本上是在现有热湿交换理论的基础上进行的，该理论主要由下列五个方程组成：

热交换效率系数方程、接触系数方程，析湿系数方程、传热系数方程和热平衡方程。

下面依次谈谈前述四个方程存在的问题。

热交换效率系数方程和接触系数方程在建立微分方程的过程中就存在严重错误，在解微分方程的过程中也存在错误，由此解得的函数关系不可能是正确的。

这说明用联立五个方程的方法对换热器的热湿交换过程进行计算是错误的。

析湿系数是实验工况和肋片管换热器的排数、片距和迎风面等几何参数的一个繁杂函数，对每一个实验工况组合和换热器的几何参数组合的组合，只对应着一个确定的析湿系数，它只能在一个很小的工况范围内被近似的作为一个常数，否则产生的误差可能太大。

析湿系数只是目标函数传热系数的一个中间变量，它的误差将直接影响到传热系数的误差。

机械地引用传热系数是研究方向上的错误：

传热系数是通常在研究传热过程中常采用的一个参数，在这些传热过程中，传热量大都跟传热面成正比，但在肋片管的传热过程中，传热量虽然随传热面的增加而增加，但并不与传热面成正比，在空调工况下，对于同一种迎风面的表冷器，不管排数增加多少，片距如何减少，其冷量只能趋近一个极限。

假设湿空气经表冷器后干、湿球温度都达到了7℃，这时的冷量显然是表冷器的极限冷量。

对于这种随着传热面的增加而传热量存在极限的传热问题，机械地引用传热系数，使问题变得非常复杂，在表冷器的热湿交换过程中，不仅存在热交换，还同时存在着湿交换，而且湿交换比热交换对传热量的影响还较大，这里湿交换的规律更复杂，仅用传热系数是不可能同时反映热湿交换规律的；在传热系数实验公式K＝

中，要求得实验公式中的系数和指数，在实验中就必须改变Vy、ω和ξ,但对一个具体的换热器,在空调工况下,ξ为定值,要随意改变ξ,就不得不大范围地改变空气的湿球温度ts1,另外任意改变水速ω，不可能保证进出水温差为5℃，这样得到的传热系数远离了空调工况。

由于绝大部分空调设备都在空调工况附近工作，空调设备的冷热量都是指空调工况下的冷热量，因此用上述传热系数去计算空调设备的冷热量产生的误差太大，现有不少空调设备产品样本中的冷量接近甚至超过换热器的极限冷量，很可能是用现有热湿交换理论计算的结果。

另外传热系数公式没有考虑迎风面的改变对传热系数的影响，改变水速的试验方法不能正确反映实际肋片管换热器热工性能随其迎风面长度而变化的规律，由实验公式得到的传热系数变化非常复杂，它既不能直接反映其热工性能的好坏，也不能直观地反映各种规格的肋片管换热器热工性能变化的规律，它完全不能反映肋片管换热器的自然特性，因此至今肋片管换热器热工性能的检验没有合适的标准，它的设计选型也没有可靠的依据。

这说明现有肋片管换热器都是重要性能参数不合格的产品。

由于上述原因，加上空调设备的种类多，其热工性能检测费用高，特别是大型组合式空调机组的测试费用更高，因此现有大型空调设备是有标准而不能实施检测，而现场测定的工况条件又不稳定，测定结果没有可比性，故现有空调设备产品样本中的冷热量既不可靠，也不能根据它来判定空调设备热工性能的优劣，设计人员在选用空调设备时，还不得不重新进行设计计算。

现有的肋片管换热器设计选型计算方法复杂难懂，且计算结果根本不能满足空调设计的的需要，广大空调设计人员都头痛这种设计计算，在对设计计算结果没有把握的情况下，为了可靠，总是宁大勿小，由此可能造成大量有色金属的浪费。

因此寻找能正确反映肋片管换热器的热工性能的方法已成为目前空调行业急需解决的技术问题。

本发明的目的是提出一种能直接反映其热工性能好坏并能直观地反映其变化规律的肋片管换热器性能曲线图和表的制作方法。

本发明还要提出肋片管换热器热工性能的形式试验方法及质量抽检方法。

本发明的另一个目的是找到计算简单易懂，而且能完全满足空调工程计算精度要求的空调设备的热工性能计算方法和肋片管换热器的设计选型方法，避免选型过大造成有色金属的浪费。

为了达到上述目的，本发明依据的自然规律是：

肋片管换热器的热湿交换效果主要起决于湿空气通过它时的流动状况，规格相同、实验工况相同时，湿空气流经肋片管换热器的流动状况是相近的，其热湿交换效果也应是相近的，再依据反映热湿交换规律的函数关系式Q＝FVyσ（i1－i2）。

上式中的焓差（i1－i2）能直接反映换热器热工性能的好坏，它是迎风面F和迎面风速Vy的单值函数，即对应每一种排数和片距组合与一个确定Vy的组合，就对应着一个独立的函数关系式Q＝FVyσ（i1－i2），在固定迎风面长、高比的条件下，只用长度一个变量就能反映焓差随迎风面F的变化规律，这样就可以用平面曲线表示焓差与长度的函数关系，再用实验结果将函数关系绘制成函数曲线图，即可得到肋片管换热器的焓差曲线图。

不同长、高比对它的影响较小，堑不考虑，不过高度过大的表冷器其下部由于冷凝水增多对换热量有一定的影响，另外随着高度的增加，各管中的流量不均匀也会对换热量有一定的影响，这些都要通过实测其大小来决定是否引入高度修正系数来消除上述因素的影响，下面再具体介绍肋片管换热器焓差曲线图的制作方法。

将质量最好且在同一工艺条件下生产的换热器作为标准换热器，对各种常用排数和合理的常用片距组合中的每一种标准换热器在全部长度范围内基本按等长度进行分段，同时将基本长度1米也作为一个分段，然后在空调工况下，对每种组合中的每一个长度分段的标准换热器在三种常用风速条件下实测焓差（i1－I2），将实测结果标在由焓差为纵坐标，长度为横坐标的直角坐标系内，得到一系列实测点，将同一种风速条件下每一种规格组合中各个长度分段的实测点连成一条光滑的曲线，将同一种规格组合的标准换热器在几种风速条件下的曲线作为一组，则这组曲线中间的每一点都对应着上述规格标准换热器的一个具体的迎面风速，其具体数值应根据它距上下两条曲线的远近通过估算确定，这样能粗略地反映焓差随迎面风速Vy增加而增加的自然规律。

将每组曲线中三种不同迎面风速下的三条曲线用不同形式或不同颜色的线条区分开来，为了尽量让曲线布满全图，应以最小长度作为直角坐标系的原点，尽量使最小的焓差曲线靠近横坐标，从而得到空调工况下标准换热器的焓差曲线图（见示意图1）。

用同样的方法可得到全新风工况下标准换热器的焓差曲线图。

利用上述实验得到的参数和上述同样的方法可得到空调工况下和全新风工况下标准换热器的含湿量差曲线图。

很显然，长度分段的增多和迎面风速的增多可提高曲线的精度，因此上述参数的选定要在综合考虑曲线精度和实验经费的条件下根据实验情况合理确定，长度的分段应保证每个分段内最大焓差与最小焓差的差值与最小焓差的比值小于5％。

这说明长度分段的大小起决于换热器的自然特性，不能隨意规定，这样才能得到满足工程计算精度的要求的热工性能曲线图。

由于表格也能表示函数关系，可根据上述标准肋片管换热器的焓差曲线图制作标准肋片管换热器的焓差和含湿量差表、这样可直接利用为作曲线图所得到的实验数据，其具体方法如下。

将标准换热器在全部长度范围内基本按等长度分成若干段，这样可将上述焓差和含湿量差曲线图中的的每一条曲线都分成若干段，再将每一条焓差曲线和含湿量差曲线上的中值填入如表1的表格中，该表在纵方向有各种常用排数，对应每一种排数有各种片距，在横方向有各种常用迎面风速，对应每一种迎面风速有焓差和含湿量差，这样可各得到若干张空调工况和全新风工况下标准肋片管换热器的焓差、含湿量差表。

在上述分段过程中，应保证表中的焓差、含湿量差的误差不超过5％，否则应增加分段数，相应热工性能表的张数也要增加，这样能得到满足工程计算精度的要求的热工性能表，这反映肋片管换热器热工性能表的制作不能人为规定，必须充分利用了换热器的自然特性。

对于进口水温为60℃的冷热两用换热器，有关的国家标准都没有规定进、出水温差，故应在充分考虑空调系统经济运行的基础上规定合理的进、出水温差后，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各若干张温差表。

对于进口水温为90℃的加热器也应在规定合理的进、出水温差后，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各若干张温差表。

对于通蒸汽的加热器，根据有关的国家标准在供汽压力为表压力70Kpa的条件下，根据上述同样的实验方法可分别得到标准换热器在空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线图和两种工况下的各若干张温差表。

规格相同、试验工况相同时，湿空气流经肋片管换热器的过程中，与换热器表面的接触情况和流动状况是相近的，其热湿交换效果也应是相近的，其热工性能曲线图也应相似，在某种换热器的形式检验时，送检一台1米长或更合理的其它长度且长、高比为定值的换热器，由于形式试验要求其结果的精度高，需在2或3种迎面风速条件下实测焓差，以便消除一次试验产生的偶然误差，再将实测焓差分别除以对应标准换热器的焓差得到2或3个常数，将2或3个常数平均后可得到此类换热器的形式试验结果参数C-，该参数准确地反映了此类产品的质量等级状况。

根据同样的方法，可得到各种类型换热器的含湿量形式试验结果参数Cs，加热器的形式试验结果参数C＋。

对于冷热两用的换热器可只用C-来表示其质量等级。

在进行质量抽检时，随机抽取一台任意规格的换热器，在规定的迎面风速下测得其焓差或温差，将其除以标准换热器在对应条件下的焓差或温差，得到一个能表达此台换热器质量等级状况的常数A。

将上述标准换热器焓差曲线图、温差曲线图或含湿量差曲线图纵坐标轴的单位分别乘以某种换热器的形式试验结果参数C-、C＋或Cs，即可得到该种换热器的焓差曲线图、温差曲线图或焓湿量差曲线图。

将上述常数C-、Cs分别乘以标准换热器焓差和含湿量差表中的焓差和含湿量差可得到该换热器的焓差和含湿量差表。

用同样的方法可得到各种加热器的温差表。

根据空调设备内肋片管换热器的规格、数量及迎面风速，利用其焓差曲线图、含湿量差曲线图或焓差和含湿量差表及温差曲线图或温差表和函数关系式Q=FVyρ（i1-i2）、W=FVyρ（d1-d2）及Q=FVyρcp（t2-t1）计算得到空调设备的冷量、除湿量及加热量，并在其产品样本中标出这些冷量、除湿量及加热量。

实测通过空调设备的风量，换算出通过换热器的迎面风速，根据空调设备内换热器的规格、数量，利用其焓差曲线图、含湿量差曲线图和温差曲线图找到对应的焓差、含湿量差和温差，再利用函数关系式Q=FVyρ（i1-i2）、W=FVyρ（d1-d2）及Q=FVyρcp（t2-t1）计算得到空调设备的冷量、除湿量及加热量，用这种方法在现场间接测定空调设备的热工性能。

利用各种换热器的焓差曲线图或表、含湿量差曲线图或表和温差曲线图或表及函数关系式Q=FVyρ（i1-i2）和Q=FVyρcp（t2-t1）可选到所需的换热器。

当然在具体的空调设备内，由于流场不均匀，对热湿交换的效果会有一定的影响，但由于空调设备内有导流装置，加上换热器本身也有导流作用，因此对大部分空调设备，不必考虑流场不均匀的影响，对于一些结构特别紧凑的空调设备，应考虑流场不均匀的影响。

并通过试验实测影响的大小，再考虑是否引用流场不均匀系数来修正它的影响。

由于标准换热器热器热工性能曲线图直接反映了其热工性能的好坏，也直观地反映了其热工性能变化的规律，因此它们使换热器的质量评定有了标准，从而使其相关空调设备热工性能的质量检验有了依据，它们不仅使换热器的设计选型方便易懂，而且可在完全可以满足空调工程设计精度的条件下，选到材料最少的换热器，避免选型过大造成有色金属的浪费。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为标准工况下标准换热器的焓差曲线图的示意图，其规格有二排、四排、六排、八排，片距有3.2mm、3.6mm、4.4mm,最小长度是500mm,最大长度2000mm,其试验迎面风速有2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s。

则图1中共有12组36条曲线，图中最上面的9条曲线是八排换热器的焓差曲线，从上到下它们分别是：

第一条曲线是点划线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线

第二条曲线是点划线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线

第三条曲线是虚线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线

第四条曲线是点划线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为2.0m/s条件下的焓差曲线，

第五条曲线是虚线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线，

第六条曲线是实线，它是片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线，

第七条曲线是虚线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s条件下的焓差曲线，

第八条曲线是实线，它是片距为3.6mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线，

第九条曲线是实线，它是片距为4.4mm的八排换热器在迎面风速为3.0m/s条件下的焓差曲线。

下面依次是六排、四排和二排换热器的各九条焓差曲线。

上述曲线的上下排列次序是在没有实际试验数据的情况下设定的，实测后，它们的上下位置可能与图1中位置不一致。

在图1中，C点是位于片距为3.2mm的八排换热器在迎面风速为2.5m/s和3.0m/s两条曲线正中间的一个点，该点对应的横坐标为1500，则C点对应的纵坐标是长度为1500mm，片距3.2mm的八排表冷器在迎面风速大约为2.75m/s下的焓差。

标准换热器的焓湿量差曲线示意图、新风工况下焓差和含湿量差曲线示意图、空调加热工况和全新风加热工况的温差曲线示意图都和图1相似。

对于处理全新风的换热器，由于各地室外空气状态变化范围大，可考虑适当地增加两种不同温湿度的全新风工况，以便新风空调机组的计算能尽量接近使用实际工况，这样设计人员可根据不同的地区来合理地选用新风机组。

仅作加热用的标准换热器由于规格少，因此温差曲线示意图中的曲线也少，其温差表中的内容也少，它们的示意图和表都省略。