管排数对翅片管换热器积灰及压降的影响！

为了明确积灰对翅片管换热器的长效性能的影响规律，需要了解不同管排数对翅片管换热器表面积灰量与空气侧压降的影响。本文通过换热器积灰可视化实验，研究了管排数对换热器表面粉尘沉积量与空气侧压降的影响特性。

1、实验原理与测试样件

1.1  实验原理及装置  

换热器积灰可视化实验台原理如图 1 所示。实验台包括 3 部分：风道系统、粉尘发生系统、可视化测试段。详细的实验原理和装置的介绍参见文献 [1] 。

1.2  实验工况及测试样件  

实验工况参数为管排数。本文中翅片管换热器管排数选为 1 排、 2 排、 3 排，覆盖 常见的空调室外换热器管排数。测试样件实物与结构如图 2 所示，详细的结构参数如表 1 所示。

参照 GB 13270-91 的规定，实验中选用的测试粉尘组分为 72% 白陶土及 28% 炭黑，粉尘密度为 2.2 g/cm ³ ，平均粒径为 10 μm ^[2] 。

考虑到换热器实际运行环境中的粉尘浓度偏低，为了加速沉积污垢的生长，需要实验中设定的喷粉浓度远高于实际运行环境中的粉尘浓度，同时依据实际室外工作环境中空气流速，本文选取风速为 1.5 m/s 、喷粉浓度为 10.8 g/m ³ 进行积灰实验。

2、数据处理方法及误差分析

2.1  数据处理方法   

本实验中的压降数据可由压差传感器读得，粉尘沉积量数据则由特定的关系式得出。

2.2  误差分析  

本实验中测量参数包括直接测量参数与间接测量参数，直接测量参数误差通过实验仪器精度直接得到。间接测量参数包括粉尘沉积量及压降增量，通过 MOFFAT ^[3] 方法可求得误差，如表 2 所示。

3、实验结果与分析

3.1   管排数对粉尘沉积量与压降的影响  

图 3 是不同管排数换热器样件的积灰实物图。

由图 3 可知，管排数越多，换热器翅片表面积灰越严重，此外在换热管上附着大量粉尘。这是因为，管排数增多，增大了换热器表面积，使得气流中粉尘颗粒与换热器接触发生碰撞沉积概率增大，从而导致多管排数换热器越容易积灰。

图 4 给出了当翅片类型为开缝片、翅片间距为 1.3 mm 时，管排数对粉尘沉积量与压降的影响。

由图 4(a) 可知，随着管排数增大，换热器表面粉尘沉积量逐渐增大，同时粉尘沉积量达到稳定时所需时间逐渐减少。管排数为 3 的换热器样件表面积灰量比管排数为 2 与管排数为 1 的分别增加了 54.4% 和 101.1% ，管排数为 3 的换热器样件积灰达到稳定所需时间比管排数为 2 与管排数为 1 分别减少了 18.6% 和 39.2% 。 这是因为，管排数增大，含尘气流在换热器样件间的流通面积增大，与换热器样件表面接触碰撞的粉尘颗粒数量增多，从而使得粉尘沉积量增大。

由图 4(b) 可知，随着管排数增大，积灰前后的空气侧压降逐渐增大，同时压降达到稳定时所需时间逐渐减少。积灰达到稳定时，管排数为 1 、 2 和 3 的换热器样件空气侧压降分别增加了 248.7% 、 189.3% 和 167.6% ，管排数为 3 的换热器样件压降达到稳定所需时间比管排数为 2 与管排数为 1 的换热器样件 分别减少了 52.2% 和 87.0% 。这是因为，随着管排数增大，含尘气流在换热器翅片及换热管间的流通距离增大，阻碍含尘气流通过换热器样件，导致换热器空气侧压降增大。

由图 4(c) 可知，随着管排数增加，积灰后的压降增强因子逐渐降低。积灰达到稳定时，管排数为 1 、 2 和 3 的换热器样件的压降增强因子分别为 3.49 、 1.89 和 1.68 。这是因为，管排数增加，空气侧压降增大；由于大管排数换热器积灰前的空气侧压降也较高，从而导致积灰达到稳定时的压降增强因子降低。

4、结论

1 ）提高管排数有利于粉尘沉积，管排数为 3 的换热器样件表面积灰量比管排数为 2 与管排数为 1 的换热器样件分别增加了 54.4% 和 101.1% 。

2 ）换热器表面沉积粉尘后，会增大空气侧压降， 对于管排数为 1 、 2 和 3 的换热器样件，积灰导致空气侧压降分别增加了 248.7% 、 189.3% 和 167.6% 。

参考文献：

[1]        ZHAN FL, TANG J J ， DING G L, et al. Experimentalinvestigation on particle deposition characteristics of wavy fin-and-tube heatexchangers[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 99: 1039-1047.

[2]        唐家俊 , 詹飞龙 , 胡海涛 , 等 . 开缝翅片管换热器表面积尘与压降特性的实验研究 [J]. 制冷学报（已录用） .

[3]        MOFFAT R J. Describing theuncertainties in experimental results[J]. Experimental Thermal andFluid Science, 1988, 1(1): 3-17.

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