青岛建筑工程学院学报板翅式换热器的传热研究与热力学分析孙志高（扬州大学）樊栓狮郭开华（中科院广州能源所）李舒宏（江苏机械进出口公司）据热力学第二定律运用火用分析了换热器的热力过程。　　火用效率为满足空调的要求，需利用热湿处理设备对空气进行处理，以达到所要求的送风状态。表面式换热器作为热湿处理设备在空调系统中被广泛应用。板翅式换热器具有传热效率高、紧凑性好、适用范围广、造价较低等优点，广泛应用于低温、空分和航空等领域。为把板翅式换热器应用于空调行业，有必要对其传热和阻力特性加以研究。本文研究板翅式换热器在空调条件工况下的传热与阻力特性，并对其热力过程进行了分析。　　1试验研究试验用换热器的翅片为平直形，单元结构如图1 ，尺寸 .　　尺寸水侧气侧翅片间距S/ mm翅片内距X /mm翅片内高Y/ mm单元有效长度Le/ mm单元有效宽度B/ mm当量直径de/ mm每层通道有效截面积S每层通道单位长度传热面积A总通道数换热器有效传热面积S/ m气?水板翅式换热器用作表面式加热器和冷却器时，热阻主要在空气侧，无相变时强迫对流换热系数可由下式计算：式中j为传热因子k为对流换热系数，J/m？K Pr是流体平均温度下的普朗特数c是流体定压比热，J/kg ？K G为流体的质量流速， G =pu ，kg/s ？m u为流体的平均流速，m/s换热器中空气侧的阻力可简化为三部分：入口端、出口端和中心部分。在板翅式换热器中，入口的压力降和出口的压力回升近似相等，阻力的主要部分为芯子中的摩擦阻力，它主要由传热面的形状的改变而产生的阻力和摩擦阻力组成：式中ρ分别为流体进、出口和平均密度，kg/m f为摩擦系数L为换热器通道长度，m de为通道当量直径，m空气侧的雷诺数是影响传热系数的主要因素（其定性尺寸为当量直径），而空气的流速加大会使流动阻力增大，不可逆损失增加。对换热器用作表面式加热器和冷却器分别进行了试验研究，空气的迎面风速为2～3m/s ，试验用作表面式空气加热器时空气入口的干球温度为16～17℃，换热器出口空气温度为37～40℃，热水进口温度为43℃，水流速为0 .65m/s 试验用作表面式空气冷却器时空气入口干球温度为20～23℃，出口为10 .3～14 .4℃，水侧流速为0 .65m/s ，水的进口温度为9 .5℃，析湿系数为2 .42 ，实验结果如图2～图4 ，空气侧的一些准则关系式为：对流换热系数的准则关系式为：传热因子的准则关系式为：摩擦系数的准则关系式为：式中下标j、l分别表示加热器和冷却器2热力学分析2 .1热力过程分析换热器在强化传热的同时常导致流动阻力的增加，使得热力过程的不可逆损失增大，因此有必要从热力学第二定律的角度综合分析换热器的性能。　　某一状态下稳定物流的焓火用由温度火用e和压力火用e（P）两部分组成。　　理想气体式（11）可写成：式中v为比容，m分别为环境的压力和温度图，根据热力学第二定律火用平衡方程：式中E分别为空气进出口分别为水进、出口为换热器内的火用换热器的火用效率表达式为：取空气的平均比热作为计算参数，由方程（4）、（6）得空气火用的变化为：水侧传递的热量火用为：式中？m分别为水和空气的质量流量，kg/s T为水的平均温度，K T为空气进、出口温度，K C为空气的平均定压比热，kJ/kg ？K 2 .2实例分析利用试验所得的数据，以板翅式换热器用作表面式加热器（水进口流速V进口温度t =43℃，空气进口温度为t =16℃）为例，根据空调供暖设计手册，取冬季供暖室外计算温度t =5℃，对热力过程进行分析，结果如图6～图7 .　　板翅式换热器的实验和热力学分析结果表明换热器在强化换热的同时增大了流动阻力，火用效率降低。为满足一定的换热要求采取强化传热措施（如使用板翅式换热器），可减少换热器体积，降低设备费用，但同时要考虑能量的有效利用，即应对换热器进行优化设计，使换热效率与能量的有效利用率的综合效能达到*佳。　　火用效率与雷诺数的关系1史美中，王中铮。换热器原理与设计。南京：东南大学出版社， 1989 2李舒宏。空调制冷用板翅式换热器的传热与阻力特性试验研究：[硕士学位论文]东南大学， 1997 3赵冠春，钱立伦。　　火用分析及其应用。北京：高等教育出版社， 1984 4彭雄兵，彦启森。冷水表面式冷却器的熵分析与换热器强化传热评价研究。暖通空调， 1997（4）