技術：析濕工況下翅片管換熱器的積灰特性！

  翅片管換熱器是空調係統中常用（yòng）的換熱器類型（xíng），減小其空氣側流動阻力能夠有效降低空（kōng）調器功耗並提升整體能效（xiào）。目前，換熱器流動阻力增大的一（yī）個重要原（yuán）因是（shì）長期積塵導致換熱器翅（chì）片表麵嚴重堵塞。因此，本文我們將通過實驗來探討翅片管（guǎn）換熱器在析濕工況下的積灰特性及對換熱器空氣側壓降的影響。

1、實驗原理與（yǔ）測試樣件（jiàn）

1.1實驗原理及裝置

為了研究析濕工況下（xià）翅片管換熱器表麵的積灰特性及其對空氣側壓降的影響，本實驗設計了（le）換熱器積（jī）灰可視化實（shí）驗台。

該實驗台由 3 個係統和連（lián）接風道組成（chéng）:

1) 濕（shī）空氣係統，用於提供特定濕度、風速、溫度的濕空氣;

2) 粉塵（chén）係統，用於（yú）提（tí）供特定（dìng）質（zhì）量流量的（de）粉塵;

3) 可視化測試段，用於（yú）定時（shí）觀測並拍攝翅片表麵積灰形貌，實時測量翅片積灰後的壓降。連接風道用於將濕（shī）空氣係統（tǒng）提供的濕蒸汽與粉塵係（xì）統提供（gòng）的粉塵混合形成含塵氣流並送入可視化測試段。

此外，為稱量粉塵質（zhì）量，設（shè）計了獨立的稱重係統。記錄不同時間段的粉塵沉積量數據。直到樣件積灰量達到穩定，實驗結束。可視化測試段（duàn）用於實時觀測樣件（jiàn）表（biǎo）麵粉塵沉（chén）積（jī）形貌（mào）並測量積灰過程中的壓降。

1.2測試樣（yàng）件及實驗工況

本文選取的（de）測試樣件覆蓋了常見空調換熱器的翅片類型及翅片間距。翅片類型為空調室內機常用 的波紋翅片和開窗翅片，為了更深入地對比翅片類型的影響，選取平（píng）直翅片作為對比實驗。翅片間距範圍選為空調器中常用（yòng）的1. 5～2. 2 mm。

3 種翅片類型的測試樣件相同（tóng）的結（jié）構參數為: 寬 × 高 × 長( x × y × z) = 20 mm × 84 mm × 25. 4 mm; 管徑dt = 7 mm; 管間距( Pt × Pl ) 21 mm × 12. 7 mm; 管排數為2。各類型的翅（chì）片間距如表1所示。

實驗工況包括測試段進口（kǒu）溫度（dù） 25 ℃、進口相對濕度 80% ，進口風速 1. 5 m / s。由於實際大氣中粉塵濃度低，實驗中需（xū）要高粉塵濃度才能加速粉塵沉積進（jìn）程，因此本文的噴粉濃度選為 10. 8 g /m3 。粉塵成分按照 GB 13270—91 規定，由包（bāo）含 72% 的（de）白陶土和 28% 的炭黑組成，平（píng）均粒（lì）徑為 15 μm。

2、實（shí）驗結（jié）果和分析（xī）

2.1 翅片（piàn）表麵液（yè）滴（dī）分（fèn）布 

下圖所示（shì）為 3 種不同翅（chì）片類型換熱器（qì）樣件表麵析濕液滴分布實物圖。

由（yóu）( a) 可知，平直翅片表麵光滑平整，濕空（kōng）氣流經（jīng）時形成均勻（yún）流場，液滴（dī）分（fèn）布均勻; 波紋翅片表麵 的波紋凹（āo）凸（tū）結構使得流場分布不均，導（dǎo）致液滴呈團聚分散狀; 開窗（chuāng）翅片表麵的開縫有擾（rǎo）流作用，液滴（dī）多凝 聚（jù）在（zài）開縫處且體積較大。

由( b) 可知，液滴在翅片間會生長（zhǎng）凝聚成液橋。平直翅片表麵平滑，液滴受到重（chóng）力作用易（yì）滑落，翅（chì）片間液橋較（jiào）少。波紋翅片表麵的波紋凹凸增大了液滴的（de）附著麵積，使液橋較多。開窗翅（chì）片表麵開縫前後對稱，液橋（qiáo）受到的對稱表麵張力使得液橋數目多、體（tǐ）積大，多分布在開縫處。

2. 2 翅片表麵濕粉（fěn）塵沉（chén）積分布（bù） 

下圖所示為3種不同翅片類型的換熱器樣件表麵濕粉塵沉積分布實物圖。

析濕工（gōng）況下積灰情況受（shòu）翅片結構的影響（xiǎng），粉塵覆蓋程度由高到低依次為開窗翅片、波紋 翅片、平直翅片。平直翅片與含塵氣流的接觸（chù）麵積小、翅片間液橋少，降低了含塵氣（qì）流中粉塵顆粒碰撞沉積的（de）概率。波紋翅（chì）片的波紋狀表麵增大了液滴的接（jiē）觸麵積（jī），從而形成更多液橋，增大了粉塵顆粒碰撞（zhuàng）沉積的概率。開窗翅片對（duì）稱的（de）開縫結構使翅片間形成大量的大體積液（yè）橋（qiáo），嚴重阻礙了含塵氣流的通過，極大地增加（jiā）了含塵氣流中粉塵顆粒碰（pèng）撞沉積的概率。

2. 3 翅片類型對粉塵沉積量及壓降（jiàng）的（de）影響  

在（zài）相同積灰環境下（xià）粉塵（chén）沉積（jī）達到穩定時（shí），翅片表麵的粉（fěn）塵沉積量和單位麵 積粉塵沉積（jī）量由大到（dào）小依次為開窗翅片、波紋翅片和（hé）平直翅片。與波（bō）紋翅片和（hé）平直翅片相比，開窗翅片表麵粉塵沉積量分別增加（jiā）了 29. 6% 和 62. 8% ，單位麵積粉塵沉積量分別增加了 35. 8% 和 58. 9% 。

開窗翅片表麵開縫（féng）處更易形成大體（tǐ）積液滴與液橋，極大增加了粉塵（chén）顆粒碰（pèng）撞沉積的概率（lǜ），導致翅片幾乎被（bèi）完全堵塞。而平直翅片在析濕工況（kuàng）下形成較少的液滴與液橋，粉塵碰撞沉積的（de）概率明顯小於開窗翅片。

相同積灰環境下粉（fěn）塵沉積（jī）達到穩（wěn）定時（shí），與波（bō）紋翅片和（hé）平直（zhí）翅（chì）片相比，開（kāi）窗（chuāng）翅片的空氣（qì）側壓降分別增大（dà）了 19. 4% 和 54. 7% 。這是（shì）因為（wéi）積 灰後壓降與翅片堵塞（sāi）情況（kuàng）呈正相關，粉（fěn）塵堵塞情況越 嚴重（chóng），則流經翅片的含塵氣流受到（dào）的空氣阻力越大，導致空氣側壓降越大。

2.4 翅片間距對粉塵沉（chén）積量及壓降的影響

相同積灰環（huán）境下粉（fěn）塵沉積達到（dào）穩定時（shí），翅片表麵的粉塵沉積（jī）量和單位麵積粉塵沉積量均隨片距的減小而增大。與（yǔ） 1. 8 mm 和 2. 2 mm 片距相比（bǐ），1. 5 mm 片距樣件（jiàn）表麵粉塵沉（chén）積量分別增（zēng）加了 17. 4% 和 40. 7% ，單位麵積（jī）粉塵沉（chén）積量增（zēng）加了（le） 6. 2% 和 17. 2% 。這是因為換熱器尺寸一定時，總換熱麵積隨翅片間距的（de）減小而增大，又由於小片（piàn）距在（zài）翅片間更易形成液橋，從而增大粉塵顆粒碰撞 沉積的概（gài）率。

相同積灰環境下粉（fěn）塵沉（chén）積達到 穩定時，翅片空氣側壓降隨翅片間距的減小而增大。與 1. 8 mm 和 2. 2 mm 片距相比，1. 5 mm 片（piàn）距樣件的 空氣側壓降分別增加了 16. 0% 和 32. 1% 。這是因為翅片空氣側壓降與翅片迎（yíng）風麵（miàn）的堵塞情況（kuàng）呈正相關，翅片間距越小的翅片其粉塵堵塞情況越嚴重，導致空 氣側（cè）壓降越大。

2.5 粉塵沉積量對壓降的影響

不同種翅片類型（xíng）下，隨著粉塵沉（chén）積量的增加，空（kōng）氣側壓（yā）降先增（zēng）大後達到臨界點( 圖中虛（xū） 線所示) ，開窗翅片的臨界（jiè）點高。在積灰的初始（shǐ）階段，粉塵與（yǔ）翅片及液橋發生碰撞而不斷沉（chén）積，導（dǎo）致（zhì）空 氣的流動阻力不斷增加，空氣側壓降增大。當粉塵沉 積穩定時，此（cǐ）時空氣流（liú）道的堵（dǔ）塞情況基本穩定，空氣側壓降變化達到穩定。又因開窗翅片間液橋多，導 致粉（fěn）塵（chén）堵塞嚴重，空氣側壓降大，臨界點達到高（gāo）。

不同種翅片（piàn）間距（jù）下，隨著粉塵沉積量的增加，空氣側壓降先增大後達到臨界點，翅片間距越小的翅片臨界點越高（gāo）。這是因為在相同的積灰環境下（xià），翅片間（jiān）距越小的翅片其換熱麵積越大，翅片 間（jiān）液橋越多，使得粉塵更易碰撞沉積且不（bú）易（yì）脫落，導（dǎo） 致粉塵完全堵塞翅片，空氣側壓降增大明顯，臨界點（diǎn）達到高。

3、過濾網和冷凝水對（duì）積塵的影響

3.1 過濾（lǜ）網對積塵的影響 

過濾網（wǎng）的設置會對積塵成分和積（jī）塵分布形態產生影響。沒有過濾網時，含塵氣（qì）流將直接吹向換熱器 表（biǎo）麵（miàn），使得（dé）空氣中的顆粒物容易沉積在換熱器迎風（fēng）麵。此（cǐ）外，大氣（qì）中的纖維也容（róng）易粘附在換熱器表麵，由於纖維對（duì）顆粒物（wù）具有捕集（jí）效（xiào）應，從而有可能（néng）加劇換熱（rè）器表麵的積塵程度。而有過濾網時，過濾網的孔徑大小會對積塵成分和（hé）積塵形態產生（shēng）影響。

當過濾網的孔徑足夠（gòu）小時，一（yī）方麵，含塵氣流在吹向換熱器表麵之前，氣流中的部分顆粒物會預先沉積在過濾（lǜ）網上，減少顆粒物在換熱器表麵的沉積量; 另一方麵，過（guò） 濾網會阻隔纖維進入換熱器，進一步（bù）降低（dī）了換熱器表 麵的積塵風險。本文針對不設（shè）置過濾網時析濕工況下的（de）積塵特性進行研究（jiū），針對過濾網對積（jī）塵影響的研 究將在後續工作中展開。

3.2 冷凝水對積塵的影響  

冷凝水對積塵具有加速沉積和清（qīng）潔兩種作用，由凝水量的大（dà）小決定。

凝水量小時，由於水對顆粒物具有粘附作（zuò）用，且顆粒物間的液體飽和度不高，積塵形態主要為黏糊狀的（de）粉塵汙垢層，會起到加速積塵的效（xiào）果。

凝（níng）水量大（dà）時（shí），水對顆粒物（wù）的（de）粘附作用會達到（dào）飽和，顆粒物間的液體飽和度較高，積塵形態主要為液滴狀（zhuàng）的粉塵汙垢，液滴（dī）的聚集滑落會（huì）起（qǐ）到清潔的效果。

因此，當積灰量較小且凝水量足夠大時，冷（lěng）凝水對積灰會起到衝刷清潔的作用。本文研究發現， 平直翅片在析濕時積灰速度慢且積塵量小，表明 冷凝水對（duì）表麵平整的平（píng）直翅片的清（qīng）潔效果比對波（bō）紋翅片和（hé）開窗（chuāng）翅片（piàn）更加明顯。

4、結論（lùn）

1) 當換熱器處於析濕工（gōng）況下運行時，翅片表麵的析濕量決定其積灰程度，析濕液滴分布越密集、液橋數量越多，翅片迎風麵的堵（dǔ）塞程（chéng）度越嚴重且空氣側壓（yā）降越大。

2) 開窗翅片表麵積（jī）灰多，積灰後壓降增加明顯。與波紋翅片和平直翅片相比，開窗翅片表麵粉（fěn）塵沉積（jī）量分別增加了29. 6%和 62. 8% ，空氣側壓降分（fèn）別（bié）增大了 19. 4% 和 54. 7% 。因此降低翅片結構複雜度能夠減少翅片表麵析濕，從而減輕積塵程（chéng）度並降低空氣流動阻力。

3) 小片距的（de）換熱（rè）器表麵更易沉積粉（fěn）塵，積灰後壓降更大（dà）。翅片間距為 1. 5 mm 的翅片比 1. 8 mm 和 2. 2 mm 的翅片表麵粉塵沉（chén）積量分別增加了 17. 4% 和 40. 7% ，積灰後壓降分別（bié）增加了 16. 0% 和 32. 1% 。 因（yīn）此適當增大翅片間距能夠（gòu）降低粉塵沉積量並（bìng）降低空（kōng）氣側壓降。

4) 在積灰過程中，隨著換熱器表麵粉塵沉積量的增加，空氣側壓（yā）降先增大後趨於穩定。

翅片衝床是中央空調的重要部件。

翅片成型機,翅片衝（chōng）床,高速翅片（piàn）衝（chōng）床

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