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钢制翅片管散热器热工性能的研究

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钢制翅片管散热器热工性能的研究

为了提高以翅片管作为换热元件的钢制翅片管散热器的热工性能,使其达到JGT3012.2—1998《采暖散热器钢制翅片管对流散热器》标准的要求。本文研究了不同的翅片管管径、排列方式、翅片高度及间距、外罩尺寸及其开孔率对散热器热工性能的影响。

一、试验方法及要求

(1)试验方法试验方法参照GBT13754—92《采暖散热器散热量测定方法》,试验装置见图1。以高频焊钢制翅片管对流散热器作为试件,基本参数为:外罩高度400~700mm,外罩宽度100~120mm。翅片管公称管径20~25mm,管根数4~6根,管中心距160~230mm,管长度1000~1500mm。翅片高度15~17mm,翅片间距6~8mm。分析某一结构参数变化对热工性能的影响时,其他参数均不变。

(2)材料质量要求选用的钢管有较好的同心度,能够保证翅片管在绕制的过程中翅片与钢管间的接触良好。用作高频焊翅片管的钢管厚度要求均匀,以确保焊接的质量。绕制在钢管上作为翅片的钢带其性能应符合有关标准的规定,保证在缠绕过程中不产生断裂现象。对用作高频焊翅片管的钢带不仅要求厚度均匀,而且一定要保证达到要求的厚度,才能保证焊接的质量。

绕制在钢管上作为翅片的钢带其性能应符合有标准的规定,保证在缠绕过程中不产生断裂现象.对用作高频焊翅片管的钢带不仅要求厚度均匀,而且一定要保证达到要求的厚度,才‘能保证焊接的质

量和达到规定的焊接速度。

二、试验结果分析

(1)翅片间距

当翅片间距由8mm减小到6mm时,散热器的散热量提高13.3%.适当减小翅片间距(实际上是增加散热面积),会使散热量增加,但是,对于依靠自然对流换热的散热器,其翅片间距不宜太小.

(2)翅片高度

翅片高度由15mm增加到17mm时,散热器的散热面积增加接近20%,但散热器的散热量只增加5%-7%.这说明翅片管与翅片高度选择得比较合适时,用增加翅片高度来提高散热量是不经济的.

(3)翅片管管径

当翅片管公称管径由20m1n增加到25m1n时:①4根(每根长度为10OOmm)翅片管(翅片高度为15mm)构成的散热器,散热量增加10%左右.②6根(每根长度为1000mm)翅片管(翅片高度为17mm)构成的散热器,散热量增加5%左右。两者散热量的增加均不明显,是由于翅片管管径的增大使管内热水流速明显降低造成的.

(4)翅片管根数与长度

①由长度为1OOOn'Rn的4根翅片管组成的散热器,将翅片管增加到6根,散热量增加l0左右.

②由长度为1000mm翅片管组成的散热器,将翅片管长度增加到15OOmm,散热量增加450%.可看出,散热器沿高度方向增加翅片管排数不如在水平方向增加翅片管的长度经济.

(5)外罩尺寸

翅片管散热器外罩的结构尺寸对其热工性能也有较大的影响。随着散热器外罩高度的增加,散热量也明显增加,当外罩高度由400mm到700mm时,散热量增加了24.5%。这是因为外罩形成的周围封闭的垂直空气通道产生烟囱效应,使对流放热增强而造成的.所以,散热器外罩的高度是影响散热器热工性能的主要因素之一。

(6)外罩顶部开孔率

散热器外罩顶部开孔率是指顶部出风口面积占顶部而积的比例。随着散热器外罩顶部开孔率的增加散热量也增加.但是,在开孔率较小时,对散热量的影响较大,这是因为开孔率较小时顶部空气出口面积较小,空气流动阻力较大,使对流放热减小造成的.当开孔率增加到50%以后,随着开孔率的增加,散热量的增加并不明显,当开孔率达到60%以后,对散热量的影响就很小了.建议翅片散热器开孔率为50%-60%较为合适,可以保证散热器外罩有一定的强度,外观不会受到影响.

(7)翅片管排列及连接

①散热器的翅片管采用叉排排列,比顺排排列的散热量大20%左右,因为叉排排列既增加了空气扰动,也增大了管与空气的接触面积.

②散热器的翅片管采用串联连接比并联连接的散热量大,因为串联时,水的流速比并联时大.

三、提高翅片管散热器热工性能的主要途径是保证材料的质量,选择合理的翅片管排列方式,翅片高度,翅片间距,外罩结构尺寸及开孔率等。