目前應用較廣的翅片類型包括平直翅片、波紋翅片和開窗翅片，這些翅片類型的換熱器表面所受的積塵狀況將嚴重影響換熱器的換熱效率。因此為了明確不同翅片結構的翅片管換熱器的積灰長效性能變化，必須了解不同的翅片結構對翅片管換熱器表面積灰特性的影響。

本文我們就來探討下翅片換熱器表面積灰特性。分析翅片結構對翅片管換熱器積灰與壓降的影響規律，以及不同翅片結構參數對換熱器表面粉塵沉積量與空氣側壓降的影響。

　　1、實驗原理與測試樣件

　　1. 1 實驗原理及裝置

　　翅片管換熱器積灰特性與壓降特性測試實驗臺 原理圖如圖 1 所示。

實驗臺包括三部分:

1) 風道系統，提供并引導特定風速的干空氣至測試樣件;

2) 粉塵發生系統，可調節粉塵的質量流量以提供特定粉塵濃度的含塵氣流;

3) 可視化測試段，用于拍攝測試樣 件表面積灰形貌并測量粉塵沉積量與空氣側壓降。

　　可視化測試段包括透明有機玻璃風道、測試樣件、分析天平、壓差傳感器、垂直升降機、托盤及海綿。樣件嵌入至托盤 2 mm 深的凹槽中固定，同時托盤四周刻出15 mm 深的凹槽并填充海綿，透明風道擠壓托盤凹槽中海綿以實現測試段密封。托盤置于分析天平上，升降機用于調節托盤升降高度，以實現積灰 過程中測量樣件重量及觀察積灰形貌。壓差傳感器 用于測量積灰過程中樣件空氣側壓降數據。

　　1. 2 實驗工況及測試樣件

　　實驗工況參數包括翅片類型和翅片間距。翅片類 型選為開窗翅片、波紋翅片和平直翅片，翅片間距選為 1. 5 mm 和 1. 8 mm，覆蓋常見的空調室外換熱器類型及尺寸。測試樣件實測試樣件實物及結構示意圖如圖 2 所示，相應結構參數如表 1 所示。

　　依據 GB —91 的規定，實驗采用的測試粉 塵包含 72% 的白陶土和 28% 的炭黑，粉塵密度為 2. 2 × 103 kg /m3 ，中位徑為 10 μm。由于實際室外環境中的粉塵濃度較低，為了加速積灰的實驗進程，同時根據空調室外機中翅片管換熱 器的正常迎流風速，選取噴粉濃度 10. 8 g /m3 、風速 1. 5 m / s 進行積灰實驗。噴粉時間總長為 255 min， 保證粉塵沉積量達到穩定。風速由空壓機、流量計及流量閥調節，噴粉濃度由螺旋給料機、控制柜、混合箱 實現控制。

　　2、數據處理方法及誤差分析

2. 1 數據處理方法

　　壓降和風速可分別通過壓差傳感器、流量計讀得，粉塵沉積量與噴粉濃度則由特定關系式 得到。

　　2. 2 誤差分析

　　參數包含直接測量參數與間接測量參數，通過實 驗儀器精度可得直接測量參數誤差，直接測量參數包 括空氣側壓降、空氣體積流量與樣件重量。通過Ｒ.J.Moffat方法可求得間接測量參數誤差，如表 2 所示，間接測量參數包括粉塵沉積量。

　　3、實驗結果與分析

3. 1 粉塵沉積分布特征分析

　　圖 3 給出了三種不同翅片類型的樣件在噴粉濃 度為 10. 8 g /m3 、風速為 1. 5 m / s、噴粉時長為 255 min 下的粉塵沉積分布特征。由圖 3 可知，平直翅片管換熱器表面沉積粉塵*少，且主要沉積在換熱管; 波紋翅片管換熱器的換熱管和波紋翅片表面均沉積有一定量粉塵，且積塵程度 較平直翅片嚴重;開窗翅片管換熱器表面積塵程度*嚴重，翅片開窗處幾乎完全被粉塵堵塞，且換熱管表面也容易形成污垢塊。

　　分析粉塵在這三種類型換熱器表面沉積特性可知: 開窗翅片表面突起的間斷縫隙正對著含塵氣流，粉塵顆粒物更容易直接撞擊并沉積在間斷縫隙處，使 開窗翅片表面容易被粉塵堵塞。同時由于開窗翅片 表面各縫隙的間距較小，粉塵容易在各縫隙間形成較 為緊密的污垢團，導致積灰程度較嚴重。

　　另外，由于平直翅片和波紋翅片的表面結構相對 于開窗翅片更為簡單，在相同的換熱器橫截面積下， 兩者與含塵氣流的接觸面積較小，使粉塵顆粒物與換 熱器表面發生碰撞沉積的概率較小。同時由于平直翅片間距和波紋翅片間距相對于開窗翅片各縫隙的 間距較大，積塵生長到一定厚度時容易在重力的作用 下從翅片表面脫落。

　　3. 2 翅片類型對粉塵沉積量與壓降的影響

　　圖 4 給出了噴粉濃度 10. 8 g/m3 、風速 1. 5 m / s、 翅片間距 1. 5mm、噴粉時長 255 min 時，不同翅片類 型對粉塵沉積量與空氣側壓降的影響。粉塵沉積量 是通過可視化測試段中垂直升降機與分析天平測得。

　　由圖 4( a) 可知，開窗翅片管換熱器表面積灰量*大，且積灰量達到穩定所需時間*少。與平直片相比，波紋片和開窗片表面積灰量分別提高了 25. 6% 和 52. 8% ，積灰量達到穩定所需時間分別減少了 8. 5% 和 25. 5% 。這是因為，波紋片縱向呈波紋形， 相比于平直片，含塵氣流在翅片間流道長度增加，在相同噴粉時間內，與翅片表面發生碰撞沉積的顆粒物數量增多。而對于開窗翅片，表面突起的縫隙增加了迎風面積，在相同的入口風量下提高了迎面風速，使得單位時間內吹向開窗翅片表面的粉塵顆粒物數量增多，減少積灰量達到穩定所需時間。

　　由圖 4( b) 可知，開窗翅片管換熱器積灰后壓降*大，且壓降達到穩定所需時間*少。開窗翅片、波紋翅片和平直翅片樣件壓降分別增加了 222. 8%、 136. 3% 和 116. 2% ，也即開窗翅片和波紋翅片的壓 降增量相比平直翅片分別提高了 165.6% 和 44. 4% 。

　　開窗翅片積灰后壓降達到穩定所需時間比波紋翅片 與平直翅片分別減少了 10. 5% 和 27. 9% 。這是由于，翅片表面結構越復雜，換熱器表面積塵量越多，不 斷堆積的粉塵引起含塵氣流流通面積減小，流動阻力 增大，導致空氣側壓降增大。

　　由圖 4( c) 可知，相比于平直翅片與波紋翅片，開窗窗口幾乎完全被粉塵堵塞，使壓降增加*顯著，其壓降增強因子*大; 波紋翅片表面粉塵沉積量較開窗翅 片小，對壓降的提升作用沒有開窗翅片明顯，其壓降 增強因子較低; 而平直翅片結構簡單，表面積灰量* 少，壓降增加*不明顯，故其壓降增強因子*小。

　　3.3 翅片間距對粉塵沉積量與壓降的影響

　　圖 5 給出了噴粉濃度10. 8 g /m3 、風速 1. 5 m / s、 翅片類型開窗翅片、噴粉時長 255 min 時，不同翅片 間距對粉塵沉積量與空氣側壓降的影響。

　　由圖 5( a) 可知，隨著翅片間距減小，積灰量逐漸增大，且積灰量達到穩定所需時間逐漸減少。當翅片間距由1. 8 mm逐漸減小1. 3mm時，達到穩定時積灰量提高了26. 2%～43. 2% ，所需時間減少了9. 3%～17. 8% 。

　　這是因為，一方面翅片間距越小，含塵氣流掠過開窗口時氣流邊界層越容易遭到破壞，流 場不穩定度增強，導致顆粒物在翅片間發生無規則碰撞沉積概率提高。另一方面小翅片間距限制了污垢 團在開窗口之間*大尺寸，使堵塞在開窗口之間的污 垢團不容易在重力的作用下從翅片表面脫落，提高了積塵量。

　　由圖 5( b) 可知，隨著翅片間距減小，積灰后的空氣側壓降逐漸增大，且壓降達到穩定時所需時間逐漸減少。翅片間距為 1. 8 mm、1. 5 mm 和1. 3 mm 的樣 件壓降分別增加了 221. 0% 、205.3% 和 187. 2% ，即翅片間距為 1. 3 mm 與 1. 5 mm 的樣件相比翅片間距 為 1. 8 mm 的樣件壓降增量分別提高了 49. 4% 與 24. 1% 。翅片間距為 1. 3 mm 的樣件壓降達到穩定所需時間比翅片間距為 1. 5 mm 與 1. 8 mm 的樣件分 別減少了 11. 7% 和 29. 4% 。

　　這是因為，翅片間距越 小，換熱器表面積塵量越多，堵塞在換熱器迎風面的 粉塵導致流通面積減小，含塵氣流的流動阻力增大，導致空氣側壓降增大。

　　由圖 5( c) 可知，隨著翅片間距減小，壓降增強因 子逐漸降低。壓降達到穩定時，翅片間距為 1. 8 mm、 1. 5 mm 和1. 3 mm 樣件的壓降增強因子分別為 3. 21、3.05 和 2. 87。一方面小翅片間距能夠增大積 塵量，使壓降增大; 另一方面小翅片間距換熱器本身 積灰前的壓降就較大。因此通過這兩方面的綜合作 用，對于小翅片間距的換熱器，在噴粉初始階段其壓降增強因子較大，在噴粉后期其壓降增強因子比大翅 片間距樣件的有所降低。

　　3. 4 粉塵沉積量對壓降的影響

　　由圖 6 給出了噴粉濃度 10. 8g /m3 、風速 1. 5 m / s、噴粉時長 255min 時沉積量對壓降影響。由圖 6( a) 可知，開窗翅片、波紋翅片和平直翅片 三種翅片類型下，隨著沉積量增加，空氣側壓降均先增大后保持穩定。在積灰初期，隨著含塵氣流中粉塵 顆粒在翅片及換熱管上不斷堆積，污垢層快速生長， 使流通面積不斷減小，導致壓降增大，此階段壓降與 沉積量基本呈線性關系。當達到積灰臨界點( 圖中 虛線所示) 時，粉塵顆粒主要沉積在翅片迎風面前緣 并向外延伸，對換熱器流通面積基本無影響，導致此階段壓降基本不變。此外，開窗翅片管換熱器的積灰 臨界點高于波紋翅片與平直翅片，這是由于開窗翅片表面結構復雜、各縫隙間距較小，更容易粘附粉塵顆 粒，從而使得積灰臨界點較高。

　　由圖 6( b) 可知，對于開窗翅片管換熱器，翅片間 距越小，積灰量對壓降提升的作用越顯著，由圖 5( a) 分析可知，由于小翅片間距能夠快速增大單位時間內 的積灰量，使壓降增加顯著。同時，小翅片間距的積 灰臨界點較高，原因是翅片間距越小，堵塞在翅片及換熱管上的污垢層越不容易脫落。