摘要：冷风机设备是重要的制冷装置，是由换热器、通风机与设备外壳组成的，其装置与元件质量与结构会影响制冷效果，其中翅片管束的排列方式影响较大。本文首先介绍几种不同的冷风机翅片管束的排列方式，并对其进行对比分析，进而确定正六边形交叉排列的翅片管束制冷效果与工艺优势更加。
关键词：冷风机；翅片管束；排列方式
前言
冷风机的换热器为其基本组成之一，通常采用翅片管以实现空气的冷却，因而翅片管会对设备的制冷效果产生直接影响，实际上，翅片管的不同材料、不同规格乃至不同排列方式都会对制冷效果造成影响。
1.冷风机翅片排列方式
冷风机的组成包括换热器、通风机与设备外壳，其中换热器为冷风机基本组成之一，通常采用翅片管以实现空气的冷却。常用的翅片管材料为紫铜管外套铝片，多采用蛇状管，管内采用制冷剂，经过制冷剂的蒸发散热，通过管外翅片以实现热量交换，通过风机输送空气用于换热。冷风机翅片的排列方式包括四种类型，即正方形顺序排列、正方形翅片交叉排列、长方形翅片顺序排列及正六边形翅片交叉排列。
图1 冷风机翅片管束的4种排列方法
假定基本参数相同，则采用四种不同翅片管束排列方法时，会产生不同的外形尺寸与导热系数，本次研究对比四种管束排列方法所产生的外形尺寸与导热系数，为选择排列方式提供好的参考与借鉴。
假定相同的基本参数包括：设备蒸发器制冷量：Q0=330W；翅片管束所采用的管材尺寸为：φ10×0.5mm，管材为紫铜材质；冷风机翅片厚度为：δf=0.2mm；冷风机及翅片排列间距为：b=3.6mm；紫铜翅片管束外部采用铝制材料进行嵌套；与气流方向相同的冷风机翅片管束为nL=4排；与气流方向垂直方向的冷风机翅片管束为nB=b排；冷风机翅片的迎面风速为Cy=2.5m/s。
2.不同冷风机翅片管束排列方式的对比
2.1正方形翅片管束顺序排列
假定冷风机翅片管束的横向中心距为S1=25mm，管束排列间距为S2=25毫米，且管束排列所形成的正方形每条边的长度为B1=25mm。
（1）技术参数计算
基于以上固定参数进行计算，可以得出以下参数：
管束肋根直径为db=10.4mm，当量直径为dep=5.516mm，单位冷风机翅片的表面积为Afl=0.3㎡/m，冷风机翅片之间管束的外表面积为Arl=0.031㎡/m，翅片管束的外导热面积为A1=0.331㎡/m，翅片管束的内导热面积为A2=0.0283㎡/m。冷风机翅片管束排列的肋化系数为β=11.7，管束截面积的最小值与迎风面积之间的比值为ε=0.552。
（2）对空气状态变化过程加以确定
冷风机翅片管束的空气进口位置温度为t1=32℃，存在ψ1=75%的相对湿度，翅片管束内R12蒸发温度为-5℃，冷凝温度为50℃；冷风机翅片管束的出口温度为t2=2℃，存在ψ2=90%的相对湿度。对比既定进出风技术参数进行湿空气h-d图，可以确定H1=90.4kJ/kg，d1=22.7g/kg，H2=12kJ/kg，d2=3.9g/kg。
在忽略蒸发温度受到阻力影响的情况下，计算其导热温度为：tm=18.02℃，相对湿度取为100%，经过一系列计算，可以确定Psm=2044.5Pa，dm=12.81g/kg，
=2.475g/kg,ζ=2.104[1]。
（3）计算循环空气量
本次研究对冷风机翅片管束的循环空气量进行计算，其空气质量流量为：Ga=4.209×10-3kg/s，在空气进口位置，干空气的比容0.896m³/kg，因此可以对空气容积流量进行计算为：Va=3.771m³/s。
（4）计算空气侧换热系数
与空气气流方向相同的翅片，其长度为100mm，如果空气进口的温度平均值为17℃，对空气导热系数、运动黏度等物性参数值进行计算，其导热系数为λ1=2.71×10-2W/（㎡·K），运动粘度为γ1=18.05×10-6㎡/s。在最小截面位置的空气流速为：C1=4529m/s。对其雷诺数进行计算，为：Re1=1384，
=18.13。当Re在500~10000范围内，
在0.18~0.35的范围内，t0在-40~40℃的范围内，
在4~50的范围内，
在2~5范围内，存在A=0.22，C=0.226，n=0.57，m=-0.169，α=42.1W/（㎡·℃）
利用热力学的导热原理进行推导与计算，存在
，铝制材料的导热系数为204.08W/（㎡·℃），计算m=65.88m-1。在冷风机翅片管束采用正方形顺序排列时，
为1，ρ为2.404，ρ’为2.752。r0为52mm。经过计算确定校正系数
为1.9，
为0.879。当量换热系数为αle=78.86W/（㎡·℃）。
（5）管内换热系数的计算
冷风机设备所采用的制冷剂技术参数为：tk=50℃，tc=45℃，t0=-5℃，tg=25℃。经过查表分别确定h1及h5，计算单位制冷量为q0=127kJ/kg。质量流量为Gr=0.0026kg/s。假定冷风机翅片管内的表面积的热流密度为qi=1200W/㎡，则可确定其质量流速为80kg/（㎡·s）。计算管内流通的总面积为3.25×10-5㎡，计算单位管束的流通面积为6.36×10-5㎡。蒸发器分路数为0.511，取其分路数为1，经过计算可以确定管内流量0.0026kg/s。确定其质量流速的具体值为40.88kg/（㎡·s）。计算管束表面的热流密度在1200W/㎡以下，查表确定R12饱和液体密度，及其在-5℃的情况下密度为1412.665kg/m³，计算其液体流速为0.03m/s，液体流速低于0.5m/s。可以确定的是，R12蒸发时，其换热系数是由液体流动速度决定的，并不受人了两的影响，经过计算可以确定其换热系数为α2=369W/（㎡·K）。
（6）计算导热系数
冷风机翅片管束内部的R12能够溶于润滑油，在实际研究的过程中，忽略翅片管束内侧存在的污垢，假定翅片一次的污垢所产生热阻、管壁热阻、翅片与管壁间热阻相加的总热阻为4.8×10-3㎡·K/W。则k=20.29W/（㎡·K）。
（7）计算空气侧阻力
P=34.59Pa。
2.2正方形翅片管束交叉排列
冷风机翅片管束的横向中心距为35.36mm，管束排之间的间距为17.69，翅片管束排列所形成的正方形每条边长度为25mm。经过以上一系列计算，可以确定其导热系数为20.06W/（㎡·K），这种就翅片管束的排列方式所产生的空气侧阻力为19.68Pa。
2.3长方形翅片管束顺序排列
冷风机翅片管束的横向中心距为25mm，管束排之间的间距为21，翅片管束排列所形成的长方形长为25mm，宽为21mm。经过以上一系列计算，可以确定其导热系数为23.27W/（㎡·K），这种就翅片管束的排列方式所产生的空气侧阻力为29.12Pa。
2.4正六边形翅片管束交叉排列
冷风机翅片管束的横向中心距为25mm，管束排之间的间距为21.65，翅片管束排列所形成的正六边形每条边长度为25mm。经过以上一系列计算，可以确定其导热系数为22.54W/（㎡·K），这种就翅片管束的排列方式所产生的空气侧阻力为36.03Pa。
经过以上一系列计算，得出计算结果，并对计算结果进行对比，可以确定的是，四种冷风机翅片的管束排列方式中，正方形交叉排列＜正方形顺序排列＜正六边形交叉排列导热系数＜长方形顺序排列。实际上，管束排列方式所产生的导热系数越高，则会使冷风机取得越好的制冷效果，基于此，可以确定4种冷风机翅片管束排列方式中，长方形顺序排列的导热系数最大。但相对来说，这种排列方法的工艺效果不足，会导致冷风机结构尺寸增加，而正六边形交叉排列具备较高导热系数的同时，还具备结构尺寸小、工艺质量佳等优势，因此应当将这种翅片管束排列方法最为优先选择[2]。
结语
基于以上计算与分析，得出结论：正六边形交叉排列具备更高的导热系数与工艺优势，综合考虑冷风机设备性能与设备成本，应当选用正六边形交叉排列的冷风机翅片管束排列方式。
参考文献
[1]李锐.冷风机翅片管的数学模型及性能的比较法辨析[J].制冷与空调(四川),2014,28(02):211-214+218.
[2]李刚,王永生.主变压器上方风机翅片加装冲洗水导流装置的研究[J].河北电力技术,2013,32(05):48-50.
论文作者:吴少强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：翅片论文; 排列论文; 冷风机论文; 系数论文; 空气论文; 方式论文; 正方形论文; 《基层建设》2019年第12期论文;