文 献 综 述

一．研究背景

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，也是社会可持续发展和维系和谐生态环境的重要基础。我国的水资源不仅是总量还是人均都不富裕。据有关统计，我国多年平均水资源总量为28412亿m³/a，位列世界第6位；而人均占有水资源量为2200m³，仅为世界人均占有水资源量的28%，列世界第128位^{[1, 2]}。而水资源可利用量更少，水资源短缺已经成为制约我国经济和社会发展的重要因数。

对于工业冷却器，从18世纪末开始，人们就开始重视空冷，并且已经在有些领域逐步取代水冷^[3]。其中，湿式冷却器是利用水的蒸发吸热带走热量，从而达到给剩余的水进行降温的目的，故而，水的蒸发损失是湿式冷却器对循环水进行降温过程必不可少的部分。因此，火力发电厂等由于大量使用湿式冷却塔属于高耗水行业，可见，湿式冷却器的节水工作刻不容缓^[4]。相比于湿式，干式冷却器最大的优点是蒸发水损失为零，可是干式冷却器是利用空气的对流换热给循环水降温的，降温幅度有限，尤其到了夏天空气温度本身就很高，干式冷却器就难以达到工业冷却要求^[5]。基于这个原因，常使用干式与湿式组合的联合型空冷器。既能够有效的利用干式降温而不耗水的优点，又能够利用湿式冷却器降温幅度大的特点，从而达到工业冷却的温度要求，具有设备紧凑、占地面积小、省钢材等优点。当然，也存在一定的问题：前后空冷部分的面积比例不易解决，需要进行深层次的研究^[6]。作者从降低冷却塔进水温度这个角度出发，试图研究干式翅片管冷却器的传热性能，计算翅片管在不同Re、不同介质、不同翅片结构、不同管径等参数下，管外的换热系数、摩擦系数、气流分布以及压力分布等参数，得到有一定普遍意义的计算公式。

二．翅片管的发展史

实际生产实践中，翅片管换热器得到了广泛的运用^[7]。在强化换热的方法中，主要有以下几种：（1）提高换热系数，在换热热阻大的一侧进行换热强化，能够有效地提高换热能力，但是换热器的设计成本、运行功耗将增加；（2）增加换热面积，一种直接有效的方法，但是会增加换热器的体积；（3）增加换热温差，可以通过调整流程来达到目的^[8]。

翅片管换热器，有结构简单耐用的优点，所以在实际生产中得到了广泛的运用，而人们也一直重视对其的研究，在翅片形状、间距和管径等方面都有了大量的理论成果^[9]。概括起来，主要对翅片管的以下各方面进行了研究：

（1）翅片的形状结构对翅片管换热器换热性能的影响。翅片管换热器的管径小型化（圆管椭圆化或扁平化）成为发展趋势，ARTI的研究发现^[10]，光滑扁管的传热强化因子可达1.7～2.3。梁祥飞、邢淑敏、庄嵘和郑波^[11]对扁平铜管翅片管换热器（FTHX）的性能进行了实验，并与现用的铜圆管翅片管换热器（CTHX）在相同工况下进行了对比。实验表明：FTHX具有风阻低、制冷剂流阻高和系统制冷剂冲注量少的特点；FTHX的单体综合冷凝性能明显高于φ7铜管换热器；FTHX整机制冷能力和能效比均略低于单排φ9.52铜管换热器。赵艳云通过研究^[12]发现，翅片管换热器中，空气侧的热阻占了翅片管总热阻的60%~70%，再由传热强化原理，可知知道，强化空气侧的换热是提高翅片管换热器的关键^[13]。张恩泽、唐志国等人研究肋片间距对表冷器性能的影响，发现表冷器肋片间距是影响表冷器传热能力的主要因素之一。并且在实验研究和理论分析的基础之上，从单位体积换热量和单位阻力换热量出发，找到了表冷器换热能力相对较强的肋片间距值，并且得出常用范围内，3.3mm左右的间距值为较好^[14]。

除此外，王厚华，方赵嵩等人，利用CFD软件对气体流动和换热的问题进行了计算机模拟，获得科学合理的计算结果。实验探索了翅片打孔后的流场分布以及换热数值模拟。结果显示，在气流的雷诺数在1610～6440之间时，三对称大直径圆孔翅片的表面传热系数提高25%以上。可见，三对称圆孔翅片换热效果比平翅片换热效果优越，是一种适用于翅片管式换热器的优越片型^[15]。并且，像条缝型翅片（slit fin）、百叶窗型翅片（louver）^{[16, 17]}及槽型翅片（fluted fin）等矩形间断型翅片，与平翅片相比，其优越的换热性能已被大量的研究结果所证实^[18-20]。管排数对翅片管束的换热性能同样得到了关注，胡万玲、管勇用数值分析法分析研究了管排数对三角小翼式涡产生器式管片换热器换热的影响，得出在相同雷诺数下，管排数越多，平均换热系数减小的规律^[21]。冯晓明^[22]、严培德^[23]等人对翅片管换热器翅片的安装结构进行了实验探究，发现双L型翅片相比于L型翅片有3大优点：翅片随温度变化而伸缩有自清理作用；积垢与灰尘沿着翅外生成，不会产生L型缠绕翅片管根部而导致填塞的现象；再者，翅片牢固，不易变形。并且经过哈尔滨空调股份有限公司的实际改进使用后，发现此空冷器的冷却效果达到预期目标，并且提高了空冷器的制造质量、传热效率和使用寿命。