銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器連接方式對(duì)其散熱量的影響

銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器連接方式對(duì)其散熱量的影響

0比較社會(huì)分析,解決散熱量的影響平板裝置是供暖系統(tǒng)的末端裝置。它與熱源、熱媒輸送管道一起組成供暖系統(tǒng)。散熱器承擔(dān)著將熱媒攜帶的熱量傳輸給室內(nèi)的任務(wù)。因此,熱媒在散熱器內(nèi)的流動(dòng)狀況,包括流速、流態(tài)等,直接影響水與散熱器內(nèi)表面間的換熱,而散熱器連接方式對(duì)此有著重要的影響。過去,我國在研究散熱器連接方式對(duì)散熱量的影響時(shí)主要以鑄鐵散熱器為試件,而銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器(也包括結(jié)構(gòu)相近的鋁制或鋼制散熱器)由于結(jié)構(gòu)及聯(lián)箱與立柱管斷面比例的不同,水在散熱器內(nèi)的流動(dòng)狀況與鑄鐵散熱器略有差異。此外,一些新的連接方式,如底進(jìn)底出等,鑄鐵散熱器則無此接法。為了在工程設(shè)計(jì)中更準(zhǔn)確地計(jì)算散熱器配置數(shù)量,筆者對(duì)銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器連接方式對(duì)其散熱量的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1熱媒流場分析及探測器設(shè)計(jì)計(jì)算1.1散熱量的減少同側(cè)上進(jìn)下出接管的柱型散熱器(見圖1),對(duì)并聯(lián)環(huán)路而言,按照伯努利方程,在1,2兩個(gè)端面處,并聯(lián)環(huán)路的壓力應(yīng)是一致的。分析1-3-2與1-4-2兩個(gè)支路,假設(shè)其阻力相差Δp,如果為冷水,顯然1-4-2支路的流量要小于1-3-2支路。但是由于熱水的影響,通過一定的溫降,可使1-4-2與1-3-2兩個(gè)支路所產(chǎn)生的自然壓差(Δp′=hΔρg)基本等于Δp,從而保持兩個(gè)支路水流的正常流動(dòng)。這就是柱型散熱器一組可有幾十柱,而能保持各柱都熱的原因。對(duì)于同側(cè)上進(jìn)下出連接方式而言,自然壓差Δp′方向向下,與水流方向一致,所以測試結(jié)果顯示散熱器的散熱量最高。但組裝片數(shù)過多時(shí)(大于20柱),也會(huì)出現(xiàn)散熱量低于異側(cè)上進(jìn)下出連接的情況。對(duì)于同側(cè)下進(jìn)上出的情況,由于自然壓差Δp′方向向下,而水流方向向上,兩者相反,不利于散熱器各柱的水流調(diào)整。測試表明,與其他連接方式相比,其散熱量的減少幅度較大(約30%～40%)。這對(duì)工程設(shè)計(jì)計(jì)算中確定散熱器的數(shù)量影響很大。1.2散熱量的計(jì)算N=QQdβ1β2β3β4β5(1)Ν=QQdβ1β2β3β4β5(1)式中N為房間所需的散熱器數(shù)量(柱型散熱器為柱數(shù)(或稱片數(shù)),橫管式散熱器為長度,m);Q為房間熱負(fù)荷,W;Qd為散熱器在設(shè)計(jì)條件下的單位散熱量,根據(jù)設(shè)計(jì)條件(室溫、供回水溫度)按散熱器的散熱量計(jì)算公式計(jì)算求得,柱型散熱器為W/柱,橫管散熱量為W/m;β1為散熱器組合長度(柱數(shù))修正因數(shù),鑄鐵散熱器見表1,銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器見表2;β2為散熱器連接方式修正因數(shù),鋼制板型及鑄鐵散熱器見表3,β3為散熱器安裝形式修正因數(shù),見表4;β4為散熱器水流量修正因數(shù),鋼串片對(duì)流散熱器見表5,鑄鐵及鋼制板型散熱器見表6,銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器見表7(筆者測試數(shù)據(jù),表中G為標(biāo)準(zhǔn)散熱器測試流量,近似為50kg/h);β5為散熱器外表面顏色修正因數(shù),銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器見表8(筆者測試數(shù)據(jù))。鑄鐵散熱器在標(biāo)準(zhǔn)散熱量測試時(shí)為不涂防銹漆的原件,涂銀粉等金屬性油漆會(huì)降低其散熱量9%以上。2連接方法對(duì)散熱量的影響研究2.1鑄件和盤管的制作銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器構(gòu)造如圖2所示,其特點(diǎn)是通水部件(圖2中1,2,3)采用耐腐蝕性能優(yōu)良的擠壓坯拉制紫銅管,散熱部件為銅管與鋁翼管脹接的復(fù)合管。散熱器的上下聯(lián)箱一般為?32或?40銅管。立柱所用銅管一般約為?20,且多為一根,通水?dāng)嗝姹辱T鐵散熱器小很多。目前由于供暖系統(tǒng)型式的變化、輕型散熱器的特點(diǎn)及室內(nèi)安裝的需要,使散熱器連接方式多樣化,本文僅就常用的幾種進(jìn)行測試。2.2測量條件檢驗(yàn)根據(jù)《采暖散熱器熱量測定方法》(GB/T13754—92)的規(guī)定,本實(shí)驗(yàn)采用變熱水進(jìn)口溫度方法。測試必須在熱媒循環(huán)系統(tǒng)和閉式小室的環(huán)境全部達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件后方可進(jìn)行,并在測試全過程中加以保持,當(dāng)至少6次連續(xù)等時(shí)間間隔上(總時(shí)間不少于1h)的取值與所取平均值的偏差不超過規(guī)定的偏差時(shí),即認(rèn)為已達(dá)到了測試過程中的穩(wěn)態(tài)條件。實(shí)驗(yàn)開始后,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的浮子流量計(jì)調(diào)節(jié)流量,通過稱量法確定標(biāo)準(zhǔn)流量值(供回水溫度95℃/70℃時(shí)的熱水流量);供回水溫度波動(dòng)不超過±0.2℃;流量波動(dòng)不超過0.5%。小室基準(zhǔn)空氣溫度保持在17～19℃之間的某一基準(zhǔn)溫度,波動(dòng)值不超過±0.1℃;小室內(nèi)表面的溫度應(yīng)一直高于小室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度,如果小室內(nèi)壁面結(jié)露,則不應(yīng)進(jìn)行測量。每個(gè)試件至少在3種不同工況下進(jìn)行測試,在標(biāo)準(zhǔn)流量下測試散熱器進(jìn)口熱水平均溫度分別為(80±5)℃,(65±5)℃,(50±5)℃三個(gè)工況下的散熱量,測量值符合要求后便可采用平均值計(jì)算散熱器的散熱量。2.3tbb2式用二元線性回歸方程方法計(jì)算熱流量Q′與計(jì)算溫差Δt的關(guān)系,如式(2)所示。Q′=a(Δt)b(2)Q′=a(Δt)b(2)式中Q′為散熱器的散熱量,W/組;Δt為計(jì)算溫差,Δt=12(tg+th)?tn?℃Δt=12(tg+th)-tn?℃,標(biāo)準(zhǔn)散熱量時(shí)為64.5℃,其中,tg,th,tn分別為熱媒進(jìn)、出口溫度和室內(nèi)空氣溫度;a,b為常數(shù),通過最小二乘法求得。單柱散熱量Qd(W/柱)為測試散熱器(一組)的散熱量除以該組的實(shí)際柱數(shù)的平均值。2.4粉包中散熱量的確定銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器試件長960mm/12柱(符合標(biāo)準(zhǔn)要求(1000±100)mm),高555mm,柱長(或柱距)80mm,鋁翼管截面73mm×60mm,為方便實(shí)驗(yàn)及減少影響因素,一組散熱器設(shè)有7個(gè)接水口,兩側(cè)各2個(gè),底部3個(gè),按測試需要決定其開關(guān)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)散熱量差異及連接方式修正因數(shù)推算值見表9。另外兩組銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器試件長度分別為480mm/6柱和1760mm/22柱,高555mm,柱長(或柱距)80mm,鋁翼管截面73mm×60mm,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表10。3聯(lián)箱與立柱的連接方式探討3.1從表9可以看出,長度960mm散熱器的散熱量隨連接方式不同而差距甚大。最高與最低值相差39%,這是值得工程技術(shù)人員和散熱器生產(chǎn)廠家密切注意的問題,否則會(huì)造成因散熱器配置數(shù)量不足,而使房間溫度過低。3.2本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與過去對(duì)鑄鐵散熱器的測試結(jié)果大致相同。但有明顯差異的是銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器異側(cè)上進(jìn)下出連接方式所得散熱量最大,而鑄鐵散熱器同側(cè)上進(jìn)下出時(shí)最大。產(chǎn)生差別的主要原因是兩種散熱器聯(lián)箱斷面與立柱斷面比例不同,使內(nèi)部水流狀況產(chǎn)生差異。經(jīng)分析認(rèn)為,如果散熱器組裝長度大于1m,則異側(cè)上進(jìn)下出更有利于換熱,這一結(jié)果在鑄鐵散熱器的實(shí)驗(yàn)中也曾發(fā)現(xiàn)。3.3對(duì)底進(jìn)底出連接方式,以一端連接,兩管口間設(shè)隔板,這時(shí)以一個(gè)立柱作上行水管,其余均為下行水管,最為有利。其散熱量接近同側(cè)上進(jìn)下出連接方式(12柱時(shí)僅低1.0%)。而一端底進(jìn)底出且兩管口間不設(shè)隔板是不可取的,散熱量會(huì)減少14%以上,應(yīng)特別注意由柱數(shù)減少對(duì)散熱量造成的影響。3.4對(duì)銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器而言,從保證散熱量的角度出發(fā),推薦的連接方式為異側(cè)上進(jìn)下出、同側(cè)上進(jìn)下出、一端底進(jìn)底出兩管口間加隔板,這3種連接方式的散熱量大致相等,應(yīng)作為優(yōu)選的連接方式。3.5表9中兩端底進(jìn)底出、下聯(lián)箱無隔板(序號(hào)5),異側(cè)下進(jìn)下出(序號(hào)6),底進(jìn)底出兩管口間無隔板(序號(hào)4)3種連接方式,其散熱量減少8%～14%,應(yīng)盡量少用。而異側(cè)底進(jìn)上出、同側(cè)下進(jìn)上出,其散熱量減少38%以上,工程中一般