小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析 - 图文-

1、2009牟第37卷第2期石油机械CHINA PETR01.EUM MACHINERY一5一.试验研究小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析李四海张红许素雯庄骏(南京工业大学能源学院摘要综合利用试验设计、模型拟合与统计学的方差分析方法,考虑多因素的影响,研究热风进口温度、冷风流量与倾角同小热管换热器散热效能的关系及影响程度。试验对象为采用烧结吸液芯小热管制作的换热器,采用气一气换热方式测试。试验结果表明,增大冷风流量与升高倾角均能提高烧结吸液芯小热管换热器的散热效能;0200倾角内,冷风进口温度为15。热风流量为70m/h,冷风流量在3090m3/h,烧结吸液芯小热管换热器的散热效能在0.27

2、0.39之间;倾角为20。时,热风进口温度在3848且冷风流量在72100m/h可获得较高的散热效能。关键词小热管换热器散热效能二阶模型多因素分析热管换热器应用领域主要包括2大类:余热回收与各类机械、电子电器设备散热¨。21。各类机械、电子电器设备的散热应用中,评价热管换热器性能的指标除了换热器的总换热系数外,还强调热管换热器的散热效能,即在一定的冷、热风进口温度下热风温度的降低程度。对于常用的翅片管而言,管内热阻与管外翅片的接触热阻及管外空气侧的热阻比约为2:l:7【3-4。管外换热是制约换热器散热效能的主要因素,管外的对流换热主要受翅片结构、尺寸以及翅片管束间流体流速的影响。对于

3、热管换热器而占,由于采用热管作为主要的传热元件,除了管外流体流速(流量,其散热效能还受热管工作温度与倾角的影响5j。传统研究局限于对单个影响因素的分析,文献6单独考虑了热管T作温度对换热器效能的影响,文献7分别考虑了空气相对湿度、冷风流量与热风流量3个因素对换热器效能的各自影响程度。笔者综合利用试验设计、模型拟合与统计学的方差分析方法,考虑多因素的影响,研究热风进口温度、冷风流量与倾角同小热管换热器散热效能的关系及影响程度。1散热效能试验设计试验对象为采用烧结吸液芯小热管制作的换热器,结构如图1所示。小热管管壳与翅片材料均为铜,管内工质为水,管外径为6toni,内径为5rain,吸液芯球形颗粒

4、直径为50斗m,空隙率为0.7。V7V西-/o_o O_?30?l;发段.10冷却段12060。绝热段20仓仓俞冷商图1小热管换热器结构示意图小热管换热器多用在气.气换热场合,因此该试验装置采用气一气换热方式测试。测试装置如图2所示,主要由2路风道组成:冷风风道和热风风道。2风道均南多段组合而成,分别是换热器测试图2换热器测试装置示意图1一加热段;2、5一稳流段;3一测试段;4一丁作段;6-过渡段;7一气体流量计;8一冷风风机;9一热风风机。段、稳流前后段、加热段(热风道和流量测试段。冷风和热风均由风机送风。热风采用电加热方 式,调节晶闸管智能控制模块改变加热器的电压,万方数据 万方数据200

5、9年第37卷第2期李四海等:小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析一7一系数:6i2个变量一次项先进乘积的系数;兢、菇;变量的线性影响和二次影响;Xi戈i变量的交互影响。用最小二乘法对表2中的数据拟合得到二阶模型占=(24.98+0.51匕一0.35死一0.2700.0024砖+0.0046露i+0.0062020.002l K瓦i+0.0022K口+0.0013Thi0/100(3此模型的方差分析见表4。E和0的线性影响以及"的二次影响都是显著的(P<0.05,Vc和巩的交互影响(1L by2L以及K和0的交互影响(1L by3L也是显著的,其他各因素的影响均是不显著的。表

6、4二阶模型的方差分析Pareto影响图也是判断因素影响程度的重要标志,见图3。该图采用影响估计的绝对值清楚地表明了线性影响、二次影响和交互影响的大小,并进行排序。图中的竖线(P=o.05代表统计显著的边界,小热管换热器散热效能的主要影响由大到小依次是”的线性影响、K的二次影响、0的线性影响、H和0的交互影响以及K和瓦的交互影响。图3Pareto影响图图4是等高线图,描述了倾角为20。时散热效能与影响因素K、瓦i的关系,图中显示热风进口温度在3848且冷风流量为72100m/h时可获得较高的散热效能。热风风温降低通过冷风冷却实现,增大冷风流量,加大冷风流速,既可提高冷却段对流传热系数,又可增大单

7、位时间的散热量,因此冷风流量是影响小热管换热器散热效能的重要因素。图4等高线图此外,由于小热管是靠管内工质在热管蒸发段与冷凝段之间交替相变而传热,在蒸发段时吸热为气相,流至冷凝段时被冷却为液相,之后又借助重力或吸液芯的毛细抽力回到蒸发段,来回往复以实现连续循环工作,所以小热管的传热功率不是无穷大,而是存在某一极限,被称为毛细极限功率,计算公式见下式:Q=监气学铲(4其中P。.一=20'/r,(5式中Q、r。和f。广毛细极限功率、烧结吸液芯有效毛细半径(r。=0.41r,以及热管有效长度;盯、pj、F,、凡和r热管管内液体工质的表面张力、密度、摩擦因数、蒸汽工质的摩擦因数和重力加速度;P

8、。.。、l"s最大毛细力及烧结吸液芯球形颗粒的直径。式(4表明,在不同倾角下,小热管的毛细极限功率不同,因而倾角也是影响小热管换热器散热效能的重要因素。由以上分析可知,在实际应用中,对于某一给定的小热管换热器,安装时应该尽量增大倾角;而在某一安装倾角下工作,考虑到小热管的毛细极限传热功率,冷风风量在某一范围内工作便可获得较好的效果,并不是越大越好,避免盲目的加大风机 功率浪费能量。万方数据 万方数据 小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析作者:李四海, 张红, 许素雯, 庄骏作者单位:南京工业大学能源学院刊名: 石油机械英文刊名:CHINA PETROLEUM MACHINERY年

9、,卷(期:2009,37(2参考文献(10条1.庄骏;张红热管技术及其工程应用 20002.Yau Y H;Tucker A S The performance study of a wet six-row heat-pipe heat exchanger operating in tropical buildings外文期刊 2003(033.Mostafa A;Mousa M Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning外文期刊2007(274.许素雯;张红;庄骏热管传热性能对小型热管换热器的影响期刊论文-石油机械 2006(125.陈楠;申江;徐烈管翅式表冷器数值模拟与性能分析期刊论文-低温与超导 2003(026.刘卫华百叶窗型和波形管片式换热器性能实验研究 1996(027.Sathe Review of recent developments in some practical aspects of air-cooled electronic packages外文期刊 1998(048.陈魁应用概率统计 20009.Kays W M;Lond