20t/h热气体空冷器设计文献综述

文 献 综 述

一、前言

随着科技的快速发展，我国经济由高速发展转向高质量发展，为了解决能源的高品质的利用，节约资源，促进健康持续发展，我国开始研发使用空气冷却器。空冷器是一种特殊的换热设备，在烟气余热回收，空调系统，空气除湿系统和制冷系统有着很重要的作用。它是以空气作为冷却剂，将热流体进行冷却的装置 ^[1]。

传统的水冷器与之相比存在一些局限性，表面凝汽器是一个缺点，耗水量大，运行维修成本昂贵，地域局限也大不适合缺水的地区进行和开展^[2]。如果水冷器对于环境有比较苛刻的要求，对于推广和使用还是有比较大的问题，研究空冷器可以有效的缓解能源紧张，尽可能减少地域对于工厂的设施建设的困扰，也能缓解水污染，降低环境的进一步恶化。

二、国内外研究现状

目前国内的空冷器一般分为三种，常规空冷式换热器、板式空冷器、复合型蒸发式空冷器^[3]。研究比较多的是常规的空冷器和蒸发式空冷器。常规空冷式换热器降是利用低温空气和高温环境下的一种传热介质，以降低介质温度或气态介质冷凝为目的，主要由翅片管组成。内翅片管是管内强化换热的重要手段^[4]，最新的一些管内翅片结构的热力特性研究^[5-9]，不同内翅片管振幅差的传热增强差较大，多数结构多样，不规则。

2.1翅片管的管外传热优化

翅片式管外的结构设计的优化对于传热有着很好的强化。李军等人 ^[10]提出了一种波纹开缝翅片管换热器，同时与平板开缝翅片的模拟相比，对其传热和流动特性进行三维数值模拟，Re的选择范围在10005000。结果表明，Re小于2752，平板开缝比波纹开缝的换热效果好，Re大于2752时，波纹开缝比平板开缝换热效果更好。Tang等人^[11]对螺旋翅片，直翅片，开缝翅片，纵向涡流发生器和混合翅片等五种翅片管换热器进行了实验和数值模拟研究，并对纵向涡流发生器的结构进行了优化，使其传热性能优于开缝翅片。Yang^[12]研究了波浪形翅片管外部的热性能，通过比较翅片在换热管表面的正交和斜向分布以及翅片的结构参数，斜角翅片式换热管的传热系数比正交翅片高20.1％。翅片式换热管压降比正交翅片式换热管大71.4％。Ke等人^[13]研究了带翼梢的波纹翅片以及平翅片的热力性能，当Re增大时，两种翅片的Nu明显增大，而摩擦因子反而减小，而且波纹翅片的Nu是平翅片的1.2倍。杨立军等人 ^[14]采用CFD对间接空冷统空冷散热器常用翅片管束的流动传热性能进行了数值模拟，利用对流换热的综合性能评价标准Nu/f^1/3对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较，为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。屠琦琅等人^[15]模拟了不同翅片间距和双向开槽翅片管换热器的高度，并进行了建模试验以验证数值模拟结果，当Re7200时，增加翅片间距会改善两向开缝翅片管换热器的传热和阻力性能，反之，降低阻力性能。随着开缝高度的增加，两向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高，阻力先提高后下降 。

2.2 翅片管式的整体优化

管翅式换热器的整体传热优化研究是其中的重要组成部分。杨文静等人^[16]通过数值模拟的正交试验和管翅式换热器的工程试验优化，使换热器的水温从的28.6℃上升到37.2℃。高晶丹等^[17]提出了空调器小直径翅片管蒸发器传热性能的优化方法，基于翅片结构图论的模拟方法和制冷剂流量的优化设计，在相同数量的管子下优化管径为5mm，管径为7mm普通热交换器几乎相等。王强等^[18]采用翅片管换热器模拟过程的仿真形式来优化传热，优化制冷量提高约10.3％。张树理等^[19]利用遗传算法和最小火积耗散数，对翅片管式换热器进行了优化。陈则韶等人^[20]通过传热单元数与换热器传热效率的优化方法相结合，使换热器高效地进行约80％的优化。Wang等^[21]使用Taguchi方法优化H管翅片换热器的传热性能，换热器的整体传热性能大约为11.4％-16％。Cen等^[22]在基于递归计算方法进行管翅式换热器换热管道法的基础上，提出了优化模型，该模型考虑了换热管长度不均对风速的影响，实验表明新的平均偏差优化方法仅约正负5％。

2.3蒸发式空冷器的模拟优化