散热器阻力.doc

散热器阻力问题的探究 1、引言 1998年5月14日，推广应用住宅建设新技术新产品由建设部发布，在文件种提出“依据节能的要求，积极发展节能轻型散热器，提高散热器的金属热强度值、散热效率。注重散热器的功能使用与装饰效果的统一，增强散热器的装饰性。此后，随着技术的进步和社会经济的发展，各种新产品诸如铜铝、铸铝等复合散热器、钢制柱式和板式以及铝制防腐等各种各样、风格各异的散热器接踵而至。 然而却也将因此付出“代价”，由于“美”的需要，散热器便变的摇曳“多姿”起来，“多姿”便意味着更多的弯头；而为了满足晾挂的需要，钢管散热器的管也变的苗条了许多，小水道带来的散热器内部横竖水道的连接口变的更加小，两个因素相加，直接带来的是流速的上升与局部阻力的增加，散热器总体阻力的增加也就必然了。由此而引起了一些在设计、安装中应注意的新问题，而这些问题目前还没有引起足够的重视： 1) 以前所用的诸如铸铁散热器，其阻力系数较小，设计时室内采暖系统资用压头一般采用11.5米水柱，使用新型的散热器后，这样的资用压头是否还合理； 2) 如果在原来用铸铁散热器的采暖系统中用户自己用上述新型散热器来替换铸铁散热器，由于新型散热器的阻力较大，将会造成替换后散热量降低而导致室内采暖效果达不到要求； 3) 目前新建住宅基本上是具有共用立管的室内双管系统，有的用户为了美观，往往把卫生间的散热器更换为浴室专用的散热器。由于浴室用散热器与卧室、客厅的散热器不是同一型号，阻力系数差别较大，也容易造成卫生间过热或温度达不到要求。 因此有必要研究目前这些新型散热器的阻力大小以及其基本规律，以对采暖系统的设计、散热器制造提供一些参考依据。 2、散热器阻力实验 散热器阻力定义：散热器的阻力是指散热器进口对出口之间散热器本体的阻力。 散热器的流阻特性是指在设定的各水流量下散热器按实际测量方法所得的阻力系数所反映的一种特性。本测定中，设定流量为100，150，200，250，300，350，400，450，500kg/h共9种工况。测定散热器阻力用测定散热器进出口处压差的方法进行。如图所示异侧上进下出连接方式，由于散热器与连接管的连接处E、F流动处于不稳定状态，不合乎测压条件。因此在散热器进出口处分别连接必要的平直段管，平直管采用的是长度约为3m、内径20.6mm的镀锌圆管，由于平直管段上流动特性稳定，可保证压力测量数据准确可靠。按照设计要求在平直管上确定测压采样点A、B、C和D等4个点，并保证A、B间的距离LA-B，C、E间的距离LC-E，F、D间的距离LF-D相同，即LA-B LC-E LF-D。这样，由于连接管直径相同、流量相同，从而保证PA-B PC-E PF-D。实测中得到A、B两点的压差PA-B和C、D两点的压差PC-D，但实际上要得到的散热器的阻力是PE-F，从图可以看到，散热器的阻力为PE-F = PC-D - 2PA-B。 通过散热器的水流量，用转子流量计和质量法来测量。在测得流量后，根据管段直径就可计算出管内流速v。这样，散热器的局部阻力系数为： 式中: PE-F为散热器进口、出口之间的水头损失，m； 为局部阻力系数，无量纲； v为测压口处流体的流速，m/s g为重力加速度，9.8m/s2 3、实验结果及分析 3.1 散热器阻力总括各类散热器阻力系数变化图 从图2中很清楚地可以发现，对一般散热器而言，当散热器的流量大于250kg/h以后，散热器的局部阻力系数基本上保持平衡，换言之，此时散热器局部阻力构件进入了紊流粗糙区，此时，阻力系数基本上只和管壁条件有关，而与散热器内水流速的大小基本无关，趋于稳定。 从上面各组散热器阻力大小关系，也可以看出：在同等流量下，管径小的、串联的、连接口小的，阻力相对大些，这些是符合流体力学一般规律的。 3.2 铜铝复合散热器阻力变化探究 3.2.1 铜铝复合散热器阻力在片数增加时的变化规律 图3 铜铝复合散热器阻力流量图 由上图得出在同等流量下，散热器的阻力PE-F为4柱6柱8柱10柱，而阻力系数随着片数有所变化，但变化量极小，可以近似认为阻力系数与片数无关。下面简单作一下分析。 整个散热器的阻力主要由两部分组成，一是横水道极其与竖水道连接处的阻力，另一就是竖水道的阻力。随着片数的增加，如果每片的流量保持不变的话，阻力显然是增加的，但在定流量情况下，由于，片数增加，便使得每一片的流量降低，流速也相应降低，由PE-F，因为管道特性本身没有发生变化，所以阻力系数变化不大，而阻力关系与流速关系呈二次方的关系发生变化，而片数的增加，对一个并联系统来说，反而会降低整个散热器的阻力，因而从4柱开始发生在柱数增加的情况下，散热器整体阻力发生下降的趋势是符合上面理论分析的。 3.2.2 铜铝复合散热器阻力在连接方式改变时的变化规律 表1 连接方式变化阻力系数比较表 设总流量为G，则对于下进下出的散热器来说，其中一管流量为G，另三管平均流量为G/3，而对于同侧上进下出来说，每管的平均流量仅为G/4，如图4、5所示。即对组成散热器管阻的竖水道部分来说，采用同侧上进下出的连接方式的阻力要远小于下进下出的连接方式。 4、散热器阻力变化探究结论及建议 新型散热器，虽然增加了功能使用与装饰效果的统一，增强了散热器的装饰性，但其阻力问题却必须引起重视。特别是钢制散热器中的搭接焊散热器，必须注意在其搭接口上下功夫，增加横竖水管之间的连接口尺寸，宜采用平面搭接的方法。 减小散热器及供热系统阻力可以从以下几方面考虑： 1) 在供热系统设计时，尽量减少串联设计，特别减少钢制搭接焊散热器、钢制板型散热器等大阻力散热器的直接串联； 2) 做好横水