小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析

来源：发布时间：2014-08-01 12:29:28点击率：

　　热管换热器应用领域主要包括两大类:余热回收与各类电子电器设备散热[1-2]。

　　在电子电器设备的散热应用中评价热管换热器性能的指标,除了换热器的总换热系数,还强调热管换热器的散热效能,即在一定的冷、热风进口温度下热风温度的降低程度。对于常用的翅片管而言,管内热阻与管外翅片的接触热阻及管外空气侧的热阻比约为2:1:7[3-4],管外换热是制约换热器散热效能的主要因素。管外的对流换热主要受翅片结构、尺寸以及翅片管束间流体流速的影响。传统研究局限于对单个影响因素的分析。文章利用试验设计与方差分析,研究各因素及各因素间的交互作用对小热管换热器散热效能的影响程度。

　　1　小热管换热器的试验研究

　　1·1　试件特征与试验系统

　　试验所用烧结吸液芯小热管的小热管换热器外观尺寸参数如图1所示,单位均为mm。小热管管壳与翅片材料均为铜,管内工质为水,管外径为6mm,内径为5mm,吸液芯球形颗粒直径为50μm,空隙率为0·7。小热管换热器多用在气-气换热场合,因此,试验装置采用气-气换热方式测试。测试装置如图2所示,主要由两路风道组成:分别是冷风、热风风道。两风道均由多段组合而成,分别是换热器测试段,稳流前后段,加热段(热风道)和流量测试段。热风采用电加热方式。

　　1·2　测试评价指标与试验因素选择分析时选择热流体的温度效率εh(也称为散热效能)作为评价热管换热器性能的指标[5-6]。

　　式中:Thi、Tho和Tci分别代表热风进、出口和冷风进口的温度。

　　考虑到小热管换热器的使用场合,试验时选择冷风进口温度15℃,热风流量70m3/h,影响因素与水平的选择见表1。

　　A(Vc)、B(Thi)和C(θ)分别为冷风流量、热风进口温度与小热管换热器工作倾角。

　　2　试验结果与分析

　　根据表1所选择的因素及对应水平,采用考虑因素之间交互作用的三因素三水平的正交试验设计,安排27次试验,利用图2中所示的试验系统对图1中的小热管换热器进行散热效能测试,正交试验表与试验结果见表2。AB表示由 A、B因素的交互影响,AC与BC含义也类似。

　　对A、B和C三因素进行极差分析得表3, 表中k1,k2与k3分别表示各因素在三个水平下各次试验值的平均值。由于这里考察的参数是小热管换热器的散热效能,当然是越大越好,因此三因素对散热效能影响的显著性排序为:因素A (冷风流量)的影响显著,其次是C(倾角), B(热风进口温度) 末。进一步观察,可发现因素A、C水平越高则散热效能越高,即增大冷风流量与升高倾角均能提高散热效能。

　　根据表2计算得正交试验结果的方差分析表 (表4)。查F分布表,检验水平α=0·01的临界值F0·01(2,8)=11·26,F0·01(4,8)= 7·01,检验水平α=0·05的临界值F0·05(2,8) =4·07,F0·05(4,8)=3·84。将表4中各因素及交互作用的F值与临界值进行比较,因素A 的F值大于临界值F0·01(2,8),因素C的F值介于临界值F0·01(2,8)和F0·05(2,8)之间, 因素B及各因素之间的交互作用的F值均小于对应的临界值F0·05(2,8),F0·05(4,8)。因此,可以判断因素A对小热管换热器散热效能的影响是的,因素C的影响较高,因素B 及各因素之间的交互作用均不明显。

　　3　结论

　　(1)0°~20°倾角内,冷风进口温度为 15℃,热风流量为70m3/h,冷风流量在30~ 90m3/h范围内,烧结吸液芯小热管换热器的散热效能在0·27~0·39之间;

　　(2)增大冷风流量与升高倾角均能提高烧结吸液芯小热管换热器的散热效能;

　　(3)正交试验结果的方差分析表明,冷风流量对散热效能的影响 ,倾角的影响较高, 而热风进口温度及三者间两两交互作用的影响均不明显。

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