劉 斌, 王玉琳, 王 正, 劉志峰, 黃海鴻

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

流道進(jìn)口大小對(duì)風(fēng)機(jī)流場(chǎng)及換熱器的影響研究

劉 斌, 王玉琳, 王 正, 劉志峰, 黃海鴻

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

針對(duì)設(shè)置有低溫?fù)Q熱裝置和軸流風(fēng)機(jī)的矩形流道,為了合理匹配風(fēng)機(jī)與矩形流道的特性,保證流道內(nèi)高效地?fù)Q熱,文章采用粒子圖像測(cè)速(particle image velocimetry,PIV)技術(shù)研究了軸流風(fēng)機(jī)出口流場(chǎng)隨流道進(jìn)口寬度的變化規(guī)律,并對(duì)流道內(nèi)換熱器的整體換熱量進(jìn)行了計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著流道寬度的增加、流道阻力的減小,風(fēng)機(jī)出口流場(chǎng)由徑向向軸向轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變過(guò)程極短,但流場(chǎng)狀態(tài)基本保持不變,在葉頂對(duì)應(yīng)的主流和中心回流之間均存在渦流,隨著向下游的發(fā)展迅速耗散;在受限進(jìn)風(fēng)條件下，風(fēng)機(jī)前后大壓差阻礙氣流的軸向運(yùn)動(dòng),葉片周向作用力為氣流提供周向速度,當(dāng)形成的離心力大于葉片的徑向力時(shí),將改變風(fēng)機(jī)出口氣流的流向;蒸發(fā)器的換熱量并不隨進(jìn)口寬度的增加而線性變化,但氣流流動(dòng)阻力的減小加強(qiáng)了與蒸發(fā)器的熱交換,導(dǎo)致?lián)Q熱量總體增大。

矩形流道;軸流風(fēng)機(jī);粒子圖像測(cè)速(PIV)技術(shù);出口流場(chǎng);換熱量

設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)與換熱器的矩形流道廣泛存在于各種機(jī)電產(chǎn)品的散熱結(jié)構(gòu)中,如間冷式冰箱的蒸發(fā)室和大規(guī)模集成電路的散熱結(jié)構(gòu),其主要通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流換熱,因此風(fēng)機(jī)性能是影響換熱性能的主要因素之一。軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況包含設(shè)計(jì)工況與非設(shè)計(jì)工況,雖然軸流風(fēng)機(jī)是按最佳工況設(shè)計(jì)的,但在實(shí)際工作中其工況點(diǎn)往往由風(fēng)機(jī)性能和外界阻力共同決定,過(guò)大的流動(dòng)阻力會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)向大壓頭小流量方向變化[1],即風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)在性能曲線上向左偏移,使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在非設(shè)計(jì)工況下,不僅降低了工作性能,而且影響流道內(nèi)換熱器的換熱性能。因此,研究非設(shè)計(jì)工況下軸流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)特性對(duì)改善風(fēng)機(jī)性能和提高換熱器效率具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外有不少關(guān)于軸流風(fēng)機(jī)在不同工況下的流場(chǎng)和換熱器的研究。文獻(xiàn)[2]采用粒子圖像測(cè)速(particle image velocimetry,PIV)技術(shù)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)失速條件下葉片通道內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速單元的轉(zhuǎn)速是葉輪轉(zhuǎn)速的65%;文獻(xiàn)[3]采用PIV技術(shù)研究了在壓力峰值工況下周向彎曲軸流風(fēng)機(jī)葉頂泄漏流動(dòng)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)工況相比,泄漏渦的產(chǎn)生和破碎更早,具有明顯的瞬態(tài)特性;文獻(xiàn)[4]研究了軸流風(fēng)機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下葉頂泄漏流動(dòng)和尾跡流動(dòng),發(fā)現(xiàn)隨著流量減小,泄漏渦核向上游移動(dòng)并阻礙了葉頂尾跡流的形成,隨著流量的增加,渦核與吸力面干涉最終導(dǎo)致吸力面速度波動(dòng)很大;文獻(xiàn)[5-6]采用雙激盤理論研究了軸流風(fēng)機(jī)在進(jìn)氣畸變條件下對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)和工作性能的影響,發(fā)現(xiàn)畸變流場(chǎng)具有很強(qiáng)的三維性,就風(fēng)機(jī)性能而言存在一種合理的進(jìn)氣速度分布;文獻(xiàn)[7-8]利用熱線技術(shù)研究了非設(shè)計(jì)工況下具有周向彎曲葉片的軸流風(fēng)機(jī)對(duì)流動(dòng)的影響規(guī)律,基于徑向平衡方程揭示了彎曲葉片對(duì)邊界層的控制作用;文獻(xiàn)[9]研究了軸流風(fēng)機(jī)對(duì)換熱器性能的影響,發(fā)現(xiàn)軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)于法向的速度分布沒(méi)有太大的影響,并分別計(jì)算了風(fēng)扇放置于換熱器前端和換熱器后端時(shí)換熱器各部分的熱流密度;文獻(xiàn)[10]采用EVAP-COND軟件計(jì)算分析了雙排管兩流路蒸發(fā)器性能,結(jié)果表明,風(fēng)速分布越均勻,蒸發(fā)器換熱量越大;文獻(xiàn)[11]的研究結(jié)果表明矩形翼渦發(fā)生器產(chǎn)生的徑向渦和定向流的沖擊是換熱器傳熱加強(qiáng)的最重要的原因,改變翼渦發(fā)生器的結(jié)構(gòu)可優(yōu)化傳熱性能。

以往研究多集中于葉頂泄漏流動(dòng)、流場(chǎng)參數(shù)和換熱器結(jié)構(gòu)對(duì)換熱的影響,而關(guān)于氣流流動(dòng)阻力導(dǎo)致風(fēng)機(jī)工作在非設(shè)計(jì)工況下流場(chǎng)以及對(duì)流道內(nèi)換熱影響的研究則較少。本文對(duì)于截面長(zhǎng)寬比大于5的狹窄流道結(jié)構(gòu),采用對(duì)流道進(jìn)口遮蔽的方法改變進(jìn)口寬度大小,調(diào)節(jié)流道阻力;采用PIV技術(shù)研究軸流風(fēng)機(jī)在不同工況下出口流場(chǎng)特性及其對(duì)流道內(nèi)傳熱性能的影響。

1 幾何模型

機(jī)電產(chǎn)品中的矩形流道可簡(jiǎn)化為矩形流道與換熱器的組合結(jié)構(gòu),矩形流道、軸流風(fēng)機(jī)和換熱器裝配結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,其主要由蒸發(fā)器、軸流風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)盒以及支架組成。其中,流道長(zhǎng)、寬、高分別為434、80、424 mm,截面長(zhǎng)寬比為5.4,軸流風(fēng)機(jī)中心距離蒸發(fā)器頂部75 mm,葉頂間隙為4 mm。

圖1 矩形流道、軸流風(fēng)機(jī)和換熱器裝配結(jié)構(gòu)示意圖

軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1所列。

表1 軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 風(fēng)機(jī)流場(chǎng)隨進(jìn)口寬度的變化規(guī)律

2.1 PIV測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)采用丹麥DANTEC公司生產(chǎn)的Flowmap1500型二維PIV流場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包含時(shí)序控制器、計(jì)算機(jī)及PIV應(yīng)用軟件、圖像記錄儀以及光學(xué)照明4大部分。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用2臺(tái)雙諧振脈沖式Nd∶YAG激光器作為光源,波長(zhǎng)為532 nm(綠光),最大工作頻率為15 Hz,通過(guò)柱面鏡將光束轉(zhuǎn)變?yōu)?～2 mm片光源,照亮含有示蹤粒子的待測(cè)量面,采用電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)相機(jī)連續(xù)捕捉2幀相鄰圖像后通過(guò)Flowmap軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理,其中CCD相機(jī)分辨率為1 280×1 024像素。示蹤粒子的選擇要保證良好的跟隨性且無(wú)毒無(wú)害,本文選擇液體石蠟作為示蹤粒子,通過(guò)煙霧發(fā)生器將其生成煙霧并均勻地加入到流場(chǎng)中,整個(gè)PIV系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 PIV系統(tǒng)原理圖

2.2 測(cè)試方案

由于流道內(nèi)部空間較窄以及壁面的阻擋作用,本文只對(duì)軸流風(fēng)機(jī)出口流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于風(fēng)機(jī)出口區(qū)域,主要測(cè)量沿軸向方向的子午面。為消除流道壁面和風(fēng)機(jī)的反光,采用啞光漆進(jìn)行噴涂,為了保證對(duì)圖像的有效處理,避免風(fēng)機(jī)葉片被激光照射時(shí)出現(xiàn)反光影響,實(shí)驗(yàn)中測(cè)量面的起始位置位于風(fēng)機(jī)的出口,如圖3所示。測(cè)量面高度覆蓋整個(gè)風(fēng)機(jī)葉片,約為風(fēng)機(jī)直徑的2倍,長(zhǎng)度方向約為風(fēng)機(jī)直徑的2.5倍。

為了研究流道阻力對(duì)風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的影響,在保證流道進(jìn)口截面長(zhǎng)度不變的情況下,采用透明玻璃板對(duì)流道進(jìn)口遮蔽的方法改變流道進(jìn)口寬度的大小,從而改變流道阻力,從2 mm寬度以2 mm的增量逐漸增加至20 mm。在額定電壓下采用轉(zhuǎn)速儀對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量,轉(zhuǎn)速隨進(jìn)口寬度的變化曲線如圖4所示。

由圖4可知,隨著進(jìn)口寬度的增加,轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),最大轉(zhuǎn)速較最小轉(zhuǎn)速升高約10%。特定的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)特定的風(fēng)機(jī)流場(chǎng),即隨著寬度的增加,流道阻力的變化導(dǎo)致風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)也隨之變化;當(dāng)進(jìn)口寬度達(dá)到12 mm后轉(zhuǎn)速變化平緩,說(shuō)明此時(shí)阻力為風(fēng)機(jī)特性轉(zhuǎn)變的一個(gè)臨界點(diǎn)。

圖3 測(cè)量面的布置

圖4 轉(zhuǎn)速隨進(jìn)口寬度的變化曲線

2.3 出口流場(chǎng)分析

不同進(jìn)口寬度下風(fēng)機(jī)出口子午面內(nèi)流場(chǎng)和渦量分布如圖5所示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)口寬度小于10 mm時(shí)流場(chǎng)具有相同的特點(diǎn),因此圖5中只列出了從10 mm寬度開始的流場(chǎng)信息。

由圖5可以看出,當(dāng)流道進(jìn)口寬度小于12 mm時(shí),流場(chǎng)分布很不均勻,風(fēng)機(jī)出口氣流直接沿徑向流出,表現(xiàn)出離心特性,在風(fēng)機(jī)葉根處伴有明顯的回流,該回流滲入到沿徑向流動(dòng)的氣流中循環(huán)并在葉片下游形成渦流;當(dāng)進(jìn)口寬度大于12 mm時(shí),流場(chǎng)迅速發(fā)生變化,風(fēng)機(jī)出口主流沿軸向流動(dòng),風(fēng)機(jī)中心區(qū)域?yàn)闅饬鞯幕亓?此時(shí)流道阻力的減小對(duì)風(fēng)機(jī)下游流場(chǎng)影響較弱；當(dāng)風(fēng)機(jī)出口氣流由徑向轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向后,流場(chǎng)狀態(tài)基本保持不變,風(fēng)機(jī)葉頂?shù)闹髁髋c葉輪中心區(qū)域的回流之間存在大量渦流,隨著氣流向下游的發(fā)展,主流和回流間的相互作用減弱,渦流快速耗散。

當(dāng)出口氣流沿徑向流出時(shí),出口流速較高,約為軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)的2倍左右,這主要是因?yàn)闅饬餮貜较蛄鞒鰰r(shí),流速主要依靠氣流產(chǎn)生的離心力提供,而沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)主要依靠葉片的推力產(chǎn)生。

圖5 不同進(jìn)口寬度下出口子午面內(nèi)速度矢量和渦量分布

從渦量圖可以看出,當(dāng)風(fēng)機(jī)出口氣流的流向?yàn)閺较驎r(shí),流場(chǎng)中出現(xiàn)較強(qiáng)的渦流,其渦量值較高,而隨著流道進(jìn)口寬度的增加,流場(chǎng)中的渦流強(qiáng)度逐漸降低,渦量逐漸減小。

渦流的存在及其強(qiáng)度的變化影響著流場(chǎng)中的噪聲,因此隨著進(jìn)口寬度的增加、阻力的減小,軸流風(fēng)機(jī)噪聲逐漸降低。

2.4 流場(chǎng)變化機(jī)理分析

從流場(chǎng)分析結(jié)果可以看出,不同進(jìn)口寬度下風(fēng)機(jī)出口流動(dòng)表現(xiàn)出軸向和徑向2種流動(dòng)特性。風(fēng)機(jī)出口氣流流動(dòng)狀態(tài)主要與出口處壓力梯度有關(guān)[12],而壓力梯度由氣流在徑向上受到葉片的徑向力和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力共同決定,根據(jù)完全徑向平衡方程,可得:

(1)

其中,ρ為氣流密度;p為靜壓;vu為半徑r處周向速度;Fr為葉片徑向力。方程(1)從左到右分別表示徑向壓力梯度、流體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及流體受到葉片的徑向力。

具有一定安裝角的風(fēng)機(jī)葉片對(duì)氣流產(chǎn)生周向作用力,帶動(dòng)氣流周向運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生離心力。在進(jìn)口寬度較小時(shí),由于流道水力直徑很小且換熱器的存在導(dǎo)致阻力較大,風(fēng)機(jī)的做功能力一定,氣流則利用葉頂做功的能力克服阻力,使氣流向較高葉頂處流動(dòng),導(dǎo)致周向速度增大,從而使得氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力增大。對(duì)于給定的風(fēng)機(jī),徑向力是一定的,當(dāng)離心力大于徑向力時(shí),氣流沿徑向運(yùn)動(dòng),且最先從葉頂開始。

當(dāng)流道進(jìn)口寬度較小時(shí),較小的水力直徑及換熱器的阻礙使風(fēng)機(jī)工作在受限進(jìn)風(fēng)條件下,風(fēng)機(jī)葉片前后壓差比自由進(jìn)風(fēng)時(shí)大,形成大壓差條件。當(dāng)進(jìn)氣壓力低于一定程度時(shí),風(fēng)機(jī)出口壓力與背壓相平衡,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口整體速度值較小,阻礙了氣流的軸向流動(dòng)；而氣流的離心力導(dǎo)致主流沿徑向運(yùn)動(dòng),且葉根處的回流隨著徑向流動(dòng)的氣流流至葉頂。當(dāng)流道進(jìn)口寬度繼續(xù)增加到臨界點(diǎn)時(shí),流道阻力減小,風(fēng)機(jī)出口壓力增大,軸向速度增大從而恢復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。

以上2種機(jī)制綜合作用導(dǎo)致在進(jìn)口寬度較小的條件下風(fēng)機(jī)出口氣流出現(xiàn)徑向流動(dòng),當(dāng)風(fēng)機(jī)前后壓差減小時(shí)恢復(fù)正常。

3 流場(chǎng)變化對(duì)換熱性能的影響分析

流場(chǎng)和溫度場(chǎng)是相互耦合的,過(guò)大的流動(dòng)阻力阻礙空氣的流動(dòng),導(dǎo)致流道內(nèi)氣流流動(dòng)損失增大,影響其與流道內(nèi)換熱器的換熱效率。

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

為了研究矩形流道約束下軸流風(fēng)機(jī)流場(chǎng)變化對(duì)蒸發(fā)器傳熱的影響,搭建了低速氣流流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),如圖6所示。

圖6 矩形流道內(nèi)低速氣流流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管以及蒸發(fā)器,制冷劑為R600a。其中,壓縮機(jī)為Embraco公司的EMB55CLC型定頻壓縮機(jī),排量為9.05 cm3/r;冷凝器散熱面積為0.488 4 m2;毛細(xì)管內(nèi)徑為0.8 mm;蒸發(fā)器為翅片結(jié)構(gòu),散熱總面積為1.961 m2,管排數(shù)為6。

3.2 結(jié)果分析

采用PT100熱電阻溫度傳感器對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)出口、流道進(jìn)口以及風(fēng)機(jī)出口的空氣溫度進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量精度為±0.1 ℃,測(cè)試結(jié)果見表2所列。

表2 流道進(jìn)口、風(fēng)機(jī)出口及蒸發(fā)器出、入口測(cè)量溫度 ℃

蒸發(fā)器換熱量的計(jì)算公式為：

(2)

其中,Q為換熱器的換熱量;W為流體的質(zhì)量流量;H為單位質(zhì)量流體進(jìn)出口的焓值,流體焓值根據(jù)溫度可由壓焓圖查詢。

根據(jù)表2繪制出的進(jìn)出風(fēng)溫差曲線和根據(jù)(2)式計(jì)算出的換熱量如圖7所示。

圖7 換熱量和進(jìn)出風(fēng)溫差隨進(jìn)口寬度的變化

從圖7可以看出,進(jìn)出風(fēng)溫差在3～7.2 ℃之間,差別較大,在進(jìn)風(fēng)寬度較大時(shí)呈逐漸減小的趨勢(shì),這主要是流量增大的結(jié)果;換熱量隨進(jìn)口寬度的增加呈現(xiàn)出震蕩上升的趨勢(shì),最大變化了6.3%。換熱量隨流道阻力的變化并不是線性變化的,這主要是由于阻力增加的同時(shí)氣流擾動(dòng)也增強(qiáng),從而導(dǎo)致?lián)Q熱增強(qiáng);同時(shí)在矩形流道大阻力條件下,非設(shè)計(jì)工況下流場(chǎng)的不穩(wěn)定導(dǎo)致?lián)Q熱量的不穩(wěn)定,從而出現(xiàn)震蕩的趨勢(shì),但流道阻力的減小使得空氣與蒸發(fā)器的熱交換有所加強(qiáng),導(dǎo)致?lián)Q熱量總體增大。

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)于狹窄的矩形流道,隨著流道寬度的增加,流道阻力減小,風(fēng)機(jī)出口流場(chǎng)由徑向向軸向轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變過(guò)程極短,過(guò)渡區(qū)間極小,該特性對(duì)于此類流道的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

(2) 風(fēng)機(jī)出口氣流沿徑向流動(dòng)時(shí),氣流流速和渦量值較高。當(dāng)出口氣流由徑向轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向后,流道阻力對(duì)風(fēng)機(jī)下游流場(chǎng)的影響較弱,流場(chǎng)狀態(tài)基本保持不變,葉頂對(duì)應(yīng)的主流和回流之間存在大量渦流,隨著向下游發(fā)展快速耗散。

(3) 流道進(jìn)口的限制及換熱器的阻礙使風(fēng)機(jī)工作在受限進(jìn)風(fēng)條件下,風(fēng)機(jī)前后形成的大壓差阻礙氣流的軸向運(yùn)動(dòng),葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣流產(chǎn)生周向運(yùn)動(dòng),當(dāng)形成的離心力大于徑向力時(shí),促使氣流沿徑向運(yùn)動(dòng);當(dāng)流道進(jìn)口寬度增加,流道阻力減小后風(fēng)機(jī)出口壓力增大,氣流恢復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)。

(4) 蒸發(fā)器的換熱量并不隨著進(jìn)口寬度的增加而線性變化,非設(shè)計(jì)工況下流場(chǎng)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致?lián)Q熱量呈現(xiàn)震蕩的變化,但氣流流動(dòng)阻力的減小加強(qiáng)了空氣與蒸發(fā)器的熱交換,導(dǎo)致?lián)Q熱量總體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

[1] 王施文,王鐵軍,易廣江,等.ZKAR-36工程車空調(diào)性能改進(jìn)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,34(7):982-984,1006.

[3] 金光遠(yuǎn),吳亞?wèn)|,歐陽(yáng)華,等.小流量下周向彎曲葉片葉頂泄漏流動(dòng)的PIV研究[J].實(shí)驗(yàn)流體力學(xué),2010,24(5):1-6,12.

[4] JANG C M,SATO D,FUKANO T.Experimental analysis on tip leakage and wake flow in an axial flow according to flow rates[J].Journal of Fluids Engineering,2005,127(2):322-329.

[5] 喬清華,鐘芳源,楊波.軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)口徑向畸變研究[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào),2009,24(5):1114-1121.

[6] 許開富,喬渭陽(yáng),羅華玲.畸變進(jìn)氣條件下風(fēng)扇三維非定常流動(dòng)數(shù)值模擬[J].熱能動(dòng)力工程,2009,24(5):571-576,678.

[7] JIN G Y,OU Y H,DU Z H.Experimental investigation of unsteady flow in axial skewed fans according to flow rates[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2013,48:81-96.

[8] KERGOURLAY G,KOUIDRI S,RANKIN G W,et al.Experimental investigation of the 3D unstead flow field downstream of axial fans [J].Flow Measurement and Instrumentation,2006,17(5):303-314.

[9] MOORE J,GRIMES R,WALSH E.Influence of the flow from an axial fan on the performance of a heat exchanger[C]//ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition.Denver:ASMEB,2011:129-138.

[10] 李權(quán)旭,孫敏超,黃東.風(fēng)速分布對(duì)雙排管道兩流路蒸發(fā)器性能影響的模擬研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2010,44(5):50-55.

[11] HE Y L,CHU P,TAO W Q,et al.Analysis of heat transfer and pressure drop for fin-and-tube heat exchangers with rectangular winglet-type vortex generators[J].Applied Thermal Engineering,2013,61(2):770-783.

[12] 李曉鵬.空調(diào)用軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)流分析及優(yōu)化[D].武漢:華中科技大學(xué),2005.

(責(zé)任編輯 胡亞敏)

Study of the effect of channel inlet size on flow field of fan and performance of heat exchanger

LIU Bin, WANG Yulin, WANG Zheng, LIU Zhifeng, HUANG Haihong

(School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

In order to reasonably match the characteristics of axial fan and rectangular channel, guarantee the high efficiency of heat transfer in the rectangular channel, which is set with heat exchanger and axial fan, the changing laws of flow field at downstream of axial fan under different inlet width of channel are studied using particle image velocimetry(PIV) technique, and the quantity of heat transfer is also calculated. The results show that with the decrease of the resistance due to the increase of inlet width, the outlet flow field of fan is changed from radial direction to axial direction, and the transition process is very short, but the flow state remains unchanged basically, vortex exists between the main flow in the tip and the backflow in the center and dissipates quickly with the development of the downstream. The large pressure difference between fan inlet and outlet hinders the axial flow of air under restricted air intake conditions, and the force on the air provides the circumferential velocity, when the centrifugal force is greater than the radial force, the direction of air flow will be controlled. The heat exchange of evaporator is not linear with the increase of inlet width, but the overall heat transfer rate increases due to the decrease of flow resistance.

rectangular channel; axial fan; particle image velocimetry(PIV) technique; outlet flow field; heat transfer rate

2015-06-30；

2015-07-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51346004)

劉 斌(1991-),男,江西南昌人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生; 劉志峰(1963-),男，陜西寶雞人，博士，合肥工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師； 黃海鴻(1980-),男，安徽安慶人，博士，合肥工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2016.12.004

TH432.1

A

1003-5060(2016)12-1602-06