文 献 综 述

一、背景

我国当前与可预见的未来还是以燃煤电厂为主的电力工业布局，而我国煤矿资源多分布在北方干旱缺水地区。我们知道火电厂是耗水大户，一台200Mw的机组，若用开式直流供水，所耗冷却水量为21600 m³/h，即使采用湿式冷却塔系统补充水量也达1000 m³/h^[1]。如今在国家节能减排的政策下，即使是南方的火电厂，也在大力倡导水资源的节约。其中冷却塔中由于水的蒸发散热而造成的水的损失是耗水的一个重要环节，但是若是能够降低冷却塔的水的进口温度，就可以减少水的蒸发损失量，达到节水的目的。带有翅片管的空冷器是冷却水的有效措施之一，且近年来越来越受到人们的重视。本文将对如何利用翅片管换热器将水冷却以及翅片管的性能参数变化而产生的影响进行综述。

二、翅片管以及翅片管换热器的研究进展

翅片管，是为了提高换热效率，通常在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积），从而提高换热效率的一种换热管。近年来国内外大量技术人员对翅片管的换热问题进行了深入的研究。陈腾达^[2]将圆管的连续平滑翅片管束结构加以改进：通过使基管直径和纵向管间距自迎风侧逐渐减小，构成变基管直径翅片管束，新型翅片管束具备解决各排管内蒸汽凝结速率不等问题的能力，同时也具备一定的防冻功能。Yun J Y, Lee K S ^[3]对各种翅片管式换热器的中断表面上的换热特性进行了调查研究，对换热器的传热特性进行了有效的评价。张圆明^[4]对析湿工况下7个带亲水层和3个不带亲水层的波纹翅片管换热器空气侧的传热传质和压降特性进行了试验研究：比较了干、湿工况下波纹翅片管换热器空气侧的换热和压降特性，当入口风速大于2.0 m/s 时，湿工况下的换热因子高于干工况下的。吴学红^[5]则对波纹开缝翅片管进行了数值和实验研究。研究发现：开缝面积越大，换热越好，而相应的阻力损失也越大；同时通过分析得出：在选取翅片管换热器时，应尽量选取翅片间距小、厚度小的翅片，这样能提高换热效果，但同时压力损失系数也较大。Grewal N S, Cheung T K ^[6]对水平翅片管之间的换热进行了深入研究。

冯丽丽^[7]分别进行了翅片管以及翅片管束流动和传热性能的风洞实验。针对垂直和倾斜两种实验段布置方式，得到了矩形翅片椭圆钢管单管的努谢尔特数Nu随雷诺数Re的变化曲线，并拟合了相应的准则关联式。Henry R J ^[8]通过研究分析得出了翅片管内等离子气体的平均传热系数。王厚华、罗庆、苏华等^[9]针对制冷换热器在积霜工况下运行的特点，设计了大直径圆孔翅片，对比性试验研究、优化试验研究，获得了两种最优片型。优化片换热性能远优于平片，阻力增加不大，节省金属材料，具有开发价值。并且利用有限元法对优化片的翅片效率进行了数值求解分析。王学磊、于莹、王厚华^[10]则对大直径圆孔翅片管结霜过程动态特性进行了实验研究，给出了换热器换热量、翅片表面传热系数和空气侧压降在结霜过程中的动态变化规律。Hasan A, Siren K ^[11]对光滑管蒸发冷却换热器和翅片管蒸发冷却换热器的换热性能进行了研究分析，结果表明，相比光滑管，翅片管蒸发冷却换热器具有很高的换热性能。而且，干燥的翅片管的肋效率要比湿的翅片管的肋效率低。

王厚华、高建卫、彭宣伟^[12]对圆孔翅片管在积霜工况下的制冷性能进行了实验分析，揭示了在积霜工况下翅片表面的实际换热情况。Winding C C, Cheney A J ^[13]对管道的传热传质现象做了深入的研究。黄钰期^[14]等在紧凑式换热器中，对锯齿翅片和波纹翅片的不同开孔方式建立了多种三维模型进行分析。结果表明，对锯齿形翅片,不同开孔参数对流动、散热都有不同的影响。Wang C C, Jang J Y, Chiou N F ^[15]针对一种传热与摩擦相关的波形翅片进行了研究分析，并且给出了相应的技术说明。而Wang C C, Lee C J, Chang C T, et al. ^[16]则针对传热与摩擦相关的百叶窗翅片进行了研究分析。王厚华、方赵嵩、郑爽英^[17]利用风洞实验装置，在结霜工况下进行了空气外掠单排矩形翅片管式制冷换热器的节能性能试验研究。方赵嵩、王厚华^[18]利用风洞试验装置试验研究了变间距对称圆孔翅片管式换热器在结霜工况下的制冷性能。Rotstein E, Urbicain M, Elustondo M, et al. ^[19]对管道上连续振动的湍流层内的传热特性进行了研究。程菲、苏保玲^[20]对翅片管的强化传热过程进行了分析，建立了以单位传热量下翅片管的体积最小为目标函数的最优化数学模型，并对翅片管的最佳表面几何参数（翅片高度、翅片节距、翅片厚度）进行了分析，这些研究对翅片管的应用具有一定指导作用。

罗来勤、王启杰、杨小凉等^[21]对低Re数流动条件下翅片管束换热及阻力特性进行了研究。实验表明, 在自然抽风空冷器的操作条件下, 对于同样的换热系数, 椭圆翅片管的压降比圆翅片要低45%左右，采用椭圆翅片管将取得较明显的经济效益。Carey V P ^[22]对结垢后的翅片管换热器的换热性能进行了分析研究，其研究结果对于各种翅片管的结垢后的换热分析都具有一定的借鉴意义。陈日祥^[23]采用针翅管作为对流受热面，使高温烟气的热量通过金属壁面传递给水，提出了粗略的计算方法，并通过实例采用相同受热面的普通烟管进行比较，结果表明其传热量明显增加，约可提高20%。Singh S M ^[24]通过研究表明带有小翅的翅片管对于其传热具有强化作用，并给出了一系列的结论。高建卫^[25]利用冰箱制冷系统，分别采用交叉翅片、圆孔翅片以及平翅片管式换热器，进行了结霜工况下蒸发器换热和制冷性能的对比性实验，结果表明：实验条件下，穿孔翅片仍然保持较好的强化传热性能；与平翅片相比，交叉翅片换热与制冷效果较好，圆孔翅片的效果最好。

三、针对翅片管换热器的数值模拟