V形布置换热器性能优化
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结构，计算模型及网格划分见图 ２。 为 提高求解的准确性，将 计 算 区 域 向 外 作 了 延 伸，以 更准确地模拟外界空气被吸入机组的情况。模型 采用 六 面 体 结 构 化 网 格 进 行 划 分，网 格 总 数 为 ４３．２万 个 。
图 ２ 计 算 模 型
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｖｅｅ ｌａｙｏｕｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｏｗ ｃｏｉｌｓ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｕｎｉ－ ｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｔ ｃｏｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ａｉｒ－ｃｏｏｌｅｄ ｃｈｉｌｌｅｒ ｕｎｉｔ；ｆｉｎｎｅｄ ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ
研究对象为某公司的一款风冷模块式冷水机 组，如图 １ 所 示。 冷 凝 器 的 主 要 结 构 参 数 为：７
ｍｍ×０．２６ ｍｍ 内 螺 纹 紫 铜 管，管 排 行 距ｓ１ ＝２１ ｍｍ，列 距ｓ２＝１８．１９ ｍｍ，单 管 有 效 长 度 １．４ ｍ，共 ３排４４列。翅片 为 开 窗 片，厚 度 为 ０．１０５ ｍｍ，片 间距为１．６９３ ｍｍ。 原 设 计 换 热 器 间 夹 角 为 ３０°， 底板宽度为１０ ｍｍ。与冷 凝 器 配 套 的 风 机 型 号 为 ＥＢＭ４Ｄ６３０，制冷剂采用 Ｒ４１０Ａ。设计工况为：空 气侧温度３５ ℃，盘管制冷剂入口过热度２５ ℃。
图 ４ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 表 面 平 均 迎 面 风 速
３．１ 边 界 条 件 计 算 过 程 中，空 气 侧 空 气 进 口 温 度 采 用 国 标
规定的设计 点 工 况 温 度 ３５ ℃［１２］，管 侧 的 制 冷 剂 入 口流量和过热度（２５ ℃）相同。通过比 较 冷 凝 器 换 热能力的大小，判断不同方案中冷凝器的性能优劣。 ３．２ 计 算 结 果 与 分 析
第１ ３卷 第９期 ２ ０ １ ３年 １ ０ 月
ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
３５－３７
Ｖ 形布置换热器性能优化
汪 吉 平１） 任 能２） 吴 振 林２）
１）（马 鞍 山 市 博 浪 热 能 科 技 有 限 公 司 ） ２）（安 徽 工 业 大 学 ）
摘 要 采用数值模拟方法，对某风冷 模 块 式 冷 水 机 组 的 Ｖ 形 布 置 换 热 器 气 流 组 织 和 传 热 性 能 进 行 研 究 和分析。研究表明，Ｖ 形布置换热器间夹角的适当增加，可改善气流在换热器表面分布 的 均 匀 性，提 高 换 热 器 换 热 性 能 ，进 而 有 助 于 制 冷 系 统 性 能 的 提 升 。 关 键 词 风 冷 模 块 式 冷 水 机 组 ；翅 片 管 换 热 器 ；冷 凝 器
随 着 全 球 能 源 和 环 境 问 题 的 凸 显，制 冷 行 业 对高效和 节 能 的 追 逐 已 白 日 化，但 同 时 又 面 临 着 日益增长 的 原 材 料 成 本 与 运 行 费 用。 因 而，如 何 在不提高 成 本 支 出 的 前 提 下，提 高 换 热 器 的 换 热 性能对行 业 发 展 和 节 能 都 具 有 重 要 意 义，而 数 值 模拟技术是解决该问题的一种重要途径 。 ［１－８］ 笔 者 拟采用数值计 算 方 法，研 究 Ｖ 形 布 置 换 热 器 组 的 夹角变化时，空气侧 气 流 组 织、换 热 器 表 面 气 流 分 布及换热 性 能 的 变 化，为 实 际 工 程 设 计 提 供 指 导 和借鉴。 １ 研 究 对 象
面处采用标准壁面函数；
２）风机模型为：Δｐ＝－０．２４８ ２ｖ３＋４．１０１ ９ｖ２－
４３．４１６ｖ＋２６５．９７
３）换
热
器
模
型
为 ：惯
性
系
数
Ｃ２
＝
ａ２ １２ρΔｎ
＝
２０９，黏 性 系 数
１ α
＝μａΔ１ｎ＝１．６×１０７
２．３ 数 值 模 拟 结 果
数值模拟了包括原设计在内的５组不同的翅
片管 换 热 器 间 Ｖ 形 角 度，即 ２８°，３０°（原 设 计 方
迎面风速 条 件 下，气 流 流 过 换 热 时 产 生 的 压 力 损
失来确定渗透性系数和惯性阻力系数。为能够与
式 （４）相 对 应 ，采 用 二 次 多 项 式 拟 合 形 式 ：
Δｐ＝ａ１ｖ＋ａ２ｖ２
（５）
２．２．３ 边 界 条 件
１）壁面均采 用 无 滑 移 的 绝 热 边 界 条 件，近 壁
图 ３ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 表 面 速 度 （ｍ／ｓ）分 布
区域，而该区域对换热性能起决定性作用，也是目前 换热器设计中难以克服的问题之一。
与原设计方 案 （３０°）相 比，最 优 方 案 在 机 组 宽 度方向 上 增 加 了 约 Ｈ × （ｓｉｎ３６°－ｓｉｎ３０°）／（Ｈ × ｓｉｎ３０°）＝１７．６％ ，考 虑 机 组 宽 度 上 增 加 幅 度 对 机 组运输有一定的影响，实际应用的 Ｖ 角宜在３０°～ ３６°范 围 内 。
图５所示为换热器换热性能随 Ｖ 角变化的趋 势 。 由 图可见 ，其 变 化 趋 势 与 平 均 迎 面 风 速 的 变 化 趋 势 相 类 似，呈 现 先 上 升 后 下 降 的 趋 势，在 夹 角 为 ３６°时 达 到 最 大 值 ，与 原 方 案 ３０°相 比 ，换 热 性 能 增 加 了 约 １．６％ 。 换 热 性 能 提 升 的 幅 度 小 于 迎 面 风 速 提 升 的 幅 度 ，一 方 面 迎 面 风 速 的 提 高 并 不 能 等 量 地 提 高 空 气 侧 的 对 流 换 热 系 数 ，而 且 此 系 数 仅 是 总 传 热 系 数 的 因 子 之 一 ；另 一 方 面 是 速 度 分 布 的 不 均 衡 造 成的，尽管迎面 风 速 （风 量）得 到 了 很 大 的 提 升，然 而 ，在 换 热 器 表 面 迎 面 风 速 的 分 布 存 在 大 块 的 低 速
度（ｍ／ｓ），可根 据 ＥＢＭ ４Ｄ６３０ 风 机 性 能 特 性 曲 线 确定模型中的系数。
３）换 热 器 模 型
采用多孔介质模型模拟气流通过换热器时产
生 的 阻 力 ，其 函 数 模 型 为
Ｓｉ＝－（αμｖｉ＋Ｃ２ １２ρ｜ｖ｜ｖｉ）
（４）
式中：α 为渗透性系数；Ｃ２为惯性阻力系数。
翅 片 管 换 热 器 内 部 结 构 复 杂，通 过 测 定 不 同
２．２．２ 控 制 方 程 １）流 动 方 程 连续性方程：
Δ
（ρｕ）＝０ 动量方程：
（１）
Δ
１ ｐ＝ｆ＋ν ２ｕ ρ
Δ
（２）
式 中：ｕ 为 流 速 （ｍ／ｓ）；ρ 为 流 体 的 密 度 （ｍ３／ｋｇ）；
ｐ 为压力（Ｐａ）；ｆ 为 作 用 于 流 体 上 的 质 量 力 （Ｎ）；ν
为 运 动 黏 度 （ｍ２／ｓ）。
mm026mm距s121mm列距s21819mm单管有效长度140105mm间距为1693mm原设计换热器间夹角为30底板宽度为10mmbm4d630制冷剂采用r410a风冷模块式冷水机组及换热器外形图流场分析研究对象研究对象为某公司的一款风冷模块式冷水机组如图计算区域考虑换热器组由形隔板分成2个完全对称的结构在模拟换热器组空气侧流场分布时采用21收稿日期
图 ３ 地 下 水 初 始 温 度 不 同 时 抽 水 温 度 及 热 贯 通 程 度 图 ４ 地 下 水 初 始 温 度 不 同 时 发 生 不 同 程 度 热 贯 通 时 间
（下 转 第 ４０ 页 ）
· ４ ０ ·
第 １３ 卷
４ 结 论 通过以上分析可知： １）在保证采 暖 负 荷 的 前 提 下，为 了 延 缓 和 降
低 热 贯 通 ，可 适 当 减 小 抽 灌 水 温 差 。 ２）地 下 水 初 始 温 度 对 热 贯 通 没 有 显 著 影 响 。
参考文献
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｖｅｅ ｌａｙｏｕｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｗａｎｇ Ｊｉｐｉｎｇ１） Ｒｅｎ Ｎｅｎｇ２） Ｗｕ Ｚｈｅｎｌｉｎ２） １）（Ｍａａｎｓｈａｎ Ｗａｖｅ Ｈｅａｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） ２）（Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
２．２ 数 学 模 型 ２．２．１ 基 本 假 设
１）计 算 区 域 内 空 气 的 流 动 为 稳 态 紊 流 ； ２）机组四 周 和 顶 部 被 定 义 为 压 力 边 界 条 件， 并且假定周围环境无气流流动； ３）翅片管换热器视为多孔介质 ； ［９］ ４）忽 略 浮 力 效 应 ，空 气 为 不 可 压 缩 流 体 。
图 １ 风 冷 模 块 式 冷 水 机 组 及 换 热 器 外 形 图
２ 流 场 分 析 ２．１ 计 算 区 域
考虑换热器组由 Ｖ 形隔板分成２个完全对称 的结构，在模拟换热 器 组 空 气 侧 流 场 分 布 时，采 用
收 稿 日 期 ：２０１３－１０－１８ 作 者 简 介 ：汪 吉 平 ，本 科 ，工 程 师 ，技 术 总 监 ，主 要 从 事 空 气 源 热 泵 方 面 的 研 究 。
案），３４°，３６°及４０°，得到换热器内外表面 速 度 分 布
如 图 ３ 所 示 。 由 图 ３ 可 见 ，翅 片 管 换 热 器 表 面 速 度
分布呈现 一 定 的 相 似 性，即 与 风 机 位 置 相 垂 直 处
的区域迎面风速较 大，由 中 心 区 域 向 外 衰 减，呈 水
波状，在换热器边界 处 达 到 最 小；随 着 换 热 器 夹 角
３ 换 热 性 能 比 较 为进一步评估换热器组间夹角对换热性能的
影响，使用 基 于 数 值 计 算 方 法 的 换 热 器 设 计 软 件 ＣｏｉｌＤｅｓｉｇｎｅｒ［１１］，对５组不同角度的 Ｖ 形布置换 热 器组的换热性能进行计算和比较。
第９期
汪吉平 等：Ｖ 形布置换热器性能优化
· ３ ７ ·
由小到大 的 变 化，其 在 换 热 器 表 面 速 度 分 布 呈 现
一定的趋 势，沿 换 热 器 高 度 方 向 速 度 变 化 的 梯 度
逐渐减小。 然 而，其 平 均 迎 面 风 速 呈 现 先 上 升 后
下降的趋势，并在夹角为３６°时达到最大值，如图 ４ 所示。与原设计方 案 ３０°相 比 较，最 佳 角 度 平 均 迎 面风速（或总风量）增加了 ７．９％，且其在换热 器 底 部 的 风 速 分 布 更 为 均 匀 （见 图 ３）。
图 ５ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 换 热 性 能
４ 结 论 应用数值计算方法对某风冷模块式冷水机组
翅片管换热器空气侧气流组织及换热特性进行研 究，得到不同夹 角 的 Ｖ 形 布 置 换 热 器 空 气 侧 流 场 分布和换热特性变化。研究表明：
１）换 热 器 表 面 速 度 分 布 呈 现 由 风 机 在 换 热 器 投影位置的高速区向换热器四周水波形减速的规 律，速度分布 极 不 均 匀，存 在 大 块 的 低 速 区，限 制 了换热性能的提高。
风冷模块式冷 水 机 组 以 其 模 块 化、组 合 方 便、 无冷却水系统等优 势，已 成 为 为 宾 馆、酒 店、商 场、 办公楼等 场 合 提 供 冷 源 的 宠 儿，其 多 为 上 下 布 置 形式，上部为 冷 凝 器，下 部 为 压 缩 机、蒸 发 器 等 主 要部件。风冷模块式冷水机组的冷凝器多采用翅 片 管 换 热 器 ，通 常 采 用 “Ｖ”形 组 合 形 式 。
２）风 机 模 型
将 风 扇 模 型 简 化 为 一 个 很 薄 的 面，采 用 压 强
跃升［１０］模型模 拟 风 机 的 工 作 特 性，得 到 的 函 数 为
压强 是 边 界 上 法 向 速 度 的 函 数，具 体 的 表 达 函
数为
Ｎ
Δｐ＝ ∑ｆｎｖｎ－１ ｎ＝１
（３）
式中：Δｐ 为 压 力 损 失 （Ｐａ）；ｆ 为 系 数；ｖ 为 迎 面 速
图 ２ 计 算 模 型
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｖｅｅ ｌａｙｏｕｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｏｗ ｃｏｉｌｓ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｕｎｉ－ ｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｔ ｃｏｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ａｉｒ－ｃｏｏｌｅｄ ｃｈｉｌｌｅｒ ｕｎｉｔ；ｆｉｎｎｅｄ ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ
研究对象为某公司的一款风冷模块式冷水机 组，如图 １ 所 示。 冷 凝 器 的 主 要 结 构 参 数 为：７
ｍｍ×０．２６ ｍｍ 内 螺 纹 紫 铜 管，管 排 行 距ｓ１ ＝２１ ｍｍ，列 距ｓ２＝１８．１９ ｍｍ，单 管 有 效 长 度 １．４ ｍ，共 ３排４４列。翅片 为 开 窗 片，厚 度 为 ０．１０５ ｍｍ，片 间距为１．６９３ ｍｍ。 原 设 计 换 热 器 间 夹 角 为 ３０°， 底板宽度为１０ ｍｍ。与冷 凝 器 配 套 的 风 机 型 号 为 ＥＢＭ４Ｄ６３０，制冷剂采用 Ｒ４１０Ａ。设计工况为：空 气侧温度３５ ℃，盘管制冷剂入口过热度２５ ℃。
图 ４ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 表 面 平 均 迎 面 风 速
３．１ 边 界 条 件 计 算 过 程 中，空 气 侧 空 气 进 口 温 度 采 用 国 标
规定的设计 点 工 况 温 度 ３５ ℃［１２］，管 侧 的 制 冷 剂 入 口流量和过热度（２５ ℃）相同。通过比 较 冷 凝 器 换 热能力的大小，判断不同方案中冷凝器的性能优劣。 ３．２ 计 算 结 果 与 分 析
第１ ３卷 第９期 ２ ０ １ ３年 １ ０ 月
ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
３５－３７
Ｖ 形布置换热器性能优化
汪 吉 平１） 任 能２） 吴 振 林２）
１）（马 鞍 山 市 博 浪 热 能 科 技 有 限 公 司 ） ２）（安 徽 工 业 大 学 ）
摘 要 采用数值模拟方法，对某风冷 模 块 式 冷 水 机 组 的 Ｖ 形 布 置 换 热 器 气 流 组 织 和 传 热 性 能 进 行 研 究 和分析。研究表明，Ｖ 形布置换热器间夹角的适当增加，可改善气流在换热器表面分布 的 均 匀 性，提 高 换 热 器 换 热 性 能 ，进 而 有 助 于 制 冷 系 统 性 能 的 提 升 。 关 键 词 风 冷 模 块 式 冷 水 机 组 ；翅 片 管 换 热 器 ；冷 凝 器
随 着 全 球 能 源 和 环 境 问 题 的 凸 显，制 冷 行 业 对高效和 节 能 的 追 逐 已 白 日 化，但 同 时 又 面 临 着 日益增长 的 原 材 料 成 本 与 运 行 费 用。 因 而，如 何 在不提高 成 本 支 出 的 前 提 下，提 高 换 热 器 的 换 热 性能对行 业 发 展 和 节 能 都 具 有 重 要 意 义，而 数 值 模拟技术是解决该问题的一种重要途径 。 ［１－８］ 笔 者 拟采用数值计 算 方 法，研 究 Ｖ 形 布 置 换 热 器 组 的 夹角变化时，空气侧 气 流 组 织、换 热 器 表 面 气 流 分 布及换热 性 能 的 变 化，为 实 际 工 程 设 计 提 供 指 导 和借鉴。 １ 研 究 对 象
面处采用标准壁面函数；
２）风机模型为：Δｐ＝－０．２４８ ２ｖ３＋４．１０１ ９ｖ２－
４３．４１６ｖ＋２６５．９７
３）换
热
器
模
型
为 ：惯
性
系
数
Ｃ２
＝
ａ２ １２ρΔｎ
＝
２０９，黏 性 系 数
１ α
＝μａΔ１ｎ＝１．６×１０７
２．３ 数 值 模 拟 结 果
数值模拟了包括原设计在内的５组不同的翅
片管 换 热 器 间 Ｖ 形 角 度，即 ２８°，３０°（原 设 计 方
迎面风速 条 件 下，气 流 流 过 换 热 时 产 生 的 压 力 损
失来确定渗透性系数和惯性阻力系数。为能够与
式 （４）相 对 应 ，采 用 二 次 多 项 式 拟 合 形 式 ：
Δｐ＝ａ１ｖ＋ａ２ｖ２
（５）
２．２．３ 边 界 条 件
１）壁面均采 用 无 滑 移 的 绝 热 边 界 条 件，近 壁
图 ３ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 表 面 速 度 （ｍ／ｓ）分 布
区域，而该区域对换热性能起决定性作用，也是目前 换热器设计中难以克服的问题之一。
与原设计方 案 （３０°）相 比，最 优 方 案 在 机 组 宽 度方向 上 增 加 了 约 Ｈ × （ｓｉｎ３６°－ｓｉｎ３０°）／（Ｈ × ｓｉｎ３０°）＝１７．６％ ，考 虑 机 组 宽 度 上 增 加 幅 度 对 机 组运输有一定的影响，实际应用的 Ｖ 角宜在３０°～ ３６°范 围 内 。
图５所示为换热器换热性能随 Ｖ 角变化的趋 势 。 由 图可见 ，其 变 化 趋 势 与 平 均 迎 面 风 速 的 变 化 趋 势 相 类 似，呈 现 先 上 升 后 下 降 的 趋 势，在 夹 角 为 ３６°时 达 到 最 大 值 ，与 原 方 案 ３０°相 比 ，换 热 性 能 增 加 了 约 １．６％ 。 换 热 性 能 提 升 的 幅 度 小 于 迎 面 风 速 提 升 的 幅 度 ，一 方 面 迎 面 风 速 的 提 高 并 不 能 等 量 地 提 高 空 气 侧 的 对 流 换 热 系 数 ，而 且 此 系 数 仅 是 总 传 热 系 数 的 因 子 之 一 ；另 一 方 面 是 速 度 分 布 的 不 均 衡 造 成的，尽管迎面 风 速 （风 量）得 到 了 很 大 的 提 升，然 而 ，在 换 热 器 表 面 迎 面 风 速 的 分 布 存 在 大 块 的 低 速
度（ｍ／ｓ），可根 据 ＥＢＭ ４Ｄ６３０ 风 机 性 能 特 性 曲 线 确定模型中的系数。
３）换 热 器 模 型
采用多孔介质模型模拟气流通过换热器时产
生 的 阻 力 ，其 函 数 模 型 为
Ｓｉ＝－（αμｖｉ＋Ｃ２ １２ρ｜ｖ｜ｖｉ）
（４）
式中：α 为渗透性系数；Ｃ２为惯性阻力系数。
翅 片 管 换 热 器 内 部 结 构 复 杂，通 过 测 定 不 同
２．２．２ 控 制 方 程 １）流 动 方 程 连续性方程：
Δ
（ρｕ）＝０ 动量方程：
（１）
Δ
１ ｐ＝ｆ＋ν ２ｕ ρ
Δ
（２）
式 中：ｕ 为 流 速 （ｍ／ｓ）；ρ 为 流 体 的 密 度 （ｍ３／ｋｇ）；
ｐ 为压力（Ｐａ）；ｆ 为 作 用 于 流 体 上 的 质 量 力 （Ｎ）；ν
为 运 动 黏 度 （ｍ２／ｓ）。
mm026mm距s121mm列距s21819mm单管有效长度140105mm间距为1693mm原设计换热器间夹角为30底板宽度为10mmbm4d630制冷剂采用r410a风冷模块式冷水机组及换热器外形图流场分析研究对象研究对象为某公司的一款风冷模块式冷水机组如图计算区域考虑换热器组由形隔板分成2个完全对称的结构在模拟换热器组空气侧流场分布时采用21收稿日期
图 ３ 地 下 水 初 始 温 度 不 同 时 抽 水 温 度 及 热 贯 通 程 度 图 ４ 地 下 水 初 始 温 度 不 同 时 发 生 不 同 程 度 热 贯 通 时 间
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第 １３ 卷
４ 结 论 通过以上分析可知： １）在保证采 暖 负 荷 的 前 提 下，为 了 延 缓 和 降
低 热 贯 通 ，可 适 当 减 小 抽 灌 水 温 差 。 ２）地 下 水 初 始 温 度 对 热 贯 通 没 有 显 著 影 响 。
参考文献
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｖｅｅ ｌａｙｏｕｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｗａｎｇ Ｊｉｐｉｎｇ１） Ｒｅｎ Ｎｅｎｇ２） Ｗｕ Ｚｈｅｎｌｉｎ２） １）（Ｍａａｎｓｈａｎ Ｗａｖｅ Ｈｅａｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） ２）（Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
２．２ 数 学 模 型 ２．２．１ 基 本 假 设
１）计 算 区 域 内 空 气 的 流 动 为 稳 态 紊 流 ； ２）机组四 周 和 顶 部 被 定 义 为 压 力 边 界 条 件， 并且假定周围环境无气流流动； ３）翅片管换热器视为多孔介质 ； ［９］ ４）忽 略 浮 力 效 应 ，空 气 为 不 可 压 缩 流 体 。
图 １ 风 冷 模 块 式 冷 水 机 组 及 换 热 器 外 形 图
２ 流 场 分 析 ２．１ 计 算 区 域
考虑换热器组由 Ｖ 形隔板分成２个完全对称 的结构，在模拟换热 器 组 空 气 侧 流 场 分 布 时，采 用
收 稿 日 期 ：２０１３－１０－１８ 作 者 简 介 ：汪 吉 平 ，本 科 ，工 程 师 ，技 术 总 监 ，主 要 从 事 空 气 源 热 泵 方 面 的 研 究 。
案），３４°，３６°及４０°，得到换热器内外表面 速 度 分 布
如 图 ３ 所 示 。 由 图 ３ 可 见 ，翅 片 管 换 热 器 表 面 速 度
分布呈现 一 定 的 相 似 性，即 与 风 机 位 置 相 垂 直 处
的区域迎面风速较 大，由 中 心 区 域 向 外 衰 减，呈 水
波状，在换热器边界 处 达 到 最 小；随 着 换 热 器 夹 角
３ 换 热 性 能 比 较 为进一步评估换热器组间夹角对换热性能的
影响，使用 基 于 数 值 计 算 方 法 的 换 热 器 设 计 软 件 ＣｏｉｌＤｅｓｉｇｎｅｒ［１１］，对５组不同角度的 Ｖ 形布置换 热 器组的换热性能进行计算和比较。
第９期
汪吉平 等：Ｖ 形布置换热器性能优化
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由小到大 的 变 化，其 在 换 热 器 表 面 速 度 分 布 呈 现
一定的趋 势，沿 换 热 器 高 度 方 向 速 度 变 化 的 梯 度
逐渐减小。 然 而，其 平 均 迎 面 风 速 呈 现 先 上 升 后
下降的趋势，并在夹角为３６°时达到最大值，如图 ４ 所示。与原设计方 案 ３０°相 比 较，最 佳 角 度 平 均 迎 面风速（或总风量）增加了 ７．９％，且其在换热 器 底 部 的 风 速 分 布 更 为 均 匀 （见 图 ３）。
图 ５ 不 同 夹 角 翅 片 管 换 热 器 换 热 性 能
４ 结 论 应用数值计算方法对某风冷模块式冷水机组
翅片管换热器空气侧气流组织及换热特性进行研 究，得到不同夹 角 的 Ｖ 形 布 置 换 热 器 空 气 侧 流 场 分布和换热特性变化。研究表明：
１）换 热 器 表 面 速 度 分 布 呈 现 由 风 机 在 换 热 器 投影位置的高速区向换热器四周水波形减速的规 律，速度分布 极 不 均 匀，存 在 大 块 的 低 速 区，限 制 了换热性能的提高。
风冷模块式冷 水 机 组 以 其 模 块 化、组 合 方 便、 无冷却水系统等优 势，已 成 为 为 宾 馆、酒 店、商 场、 办公楼等 场 合 提 供 冷 源 的 宠 儿，其 多 为 上 下 布 置 形式，上部为 冷 凝 器，下 部 为 压 缩 机、蒸 发 器 等 主 要部件。风冷模块式冷水机组的冷凝器多采用翅 片 管 换 热 器 ，通 常 采 用 “Ｖ”形 组 合 形 式 。
２）风 机 模 型
将 风 扇 模 型 简 化 为 一 个 很 薄 的 面，采 用 压 强
跃升［１０］模型模 拟 风 机 的 工 作 特 性，得 到 的 函 数 为
压强 是 边 界 上 法 向 速 度 的 函 数，具 体 的 表 达 函
数为
Ｎ
Δｐ＝ ∑ｆｎｖｎ－１ ｎ＝１
（３）
式中：Δｐ 为 压 力 损 失 （Ｐａ）；ｆ 为 系 数；ｖ 为 迎 面 速