燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗分析

吳宸萱

【摘 要】伴隨我國生態(tài)建設(shè)及大氣環(huán)保工作逐漸開展，燃氣熱水器作為現(xiàn)階段我國家庭必備電氣設(shè)備之一，優(yōu)化其效率的重要性不言而喻。通過近年來大多研究發(fā)現(xiàn)，對燃氣熱水器換熱器的肋片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對熱水器的能源消耗、成本降低、性能保障、大氣環(huán)保等影響頗大。本次研究將對燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗進行分析，為下一步工作開展提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】燃氣熱水器；換熱肋片；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

前言：燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是降低大氣污染、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施之一。然而現(xiàn)階段有關(guān)我國燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗研究相對較少，基于該問題現(xiàn)狀，要有行之有效的方法對其進行分析研究，如換熱器肋片厚度問題、換熱器肋片高度問題等，本次研究對燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗進行分析，有十分重要的理論指導(dǎo)意義。

一、優(yōu)化燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)的重要性

隨著當(dāng)下城市污染日益嚴(yán)重，人們環(huán)保意識也逐漸加強。其中，燃氣熱水器作為較為常見的必備電氣，提高其效率的重要性不言而喻[1]。諸多燃氣熱水器廠家也通過反復(fù)的研究，將具有節(jié)能、環(huán)保雙效能的燃氣熱水器進行推廣。本文主要以GB20665-2006型號燃氣快速熱水器為研究案例，并根據(jù)其實際要求及研究方向，對具體問題進行客觀分析。國家燃氣具能效標(biāo)準(zhǔn)要求，燃氣熱水器的一級能效為不低于 95%，二級能效為不低于86%，而三級能效為不低于82%。在不考慮熱水器的成本的前提下，滿足熱水器的能效要求并不難；但從節(jié)能增效及環(huán)保的角度出發(fā)，就有必要對換熱器肋片結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少銅材的使用，從而降低不可再生資源的消耗[2]。同時，優(yōu)化肋片結(jié)構(gòu)也符合諸多廠家降低投入成本、減少資金消耗的目標(biāo)，本文以此為方向?qū)ζ溥M行深入研究。

二、具體實驗及研究分析

（一）換熱器肋片厚度問題

通過研究發(fā)現(xiàn)，換熱器肋片厚度對其換熱性能影響較大，本次模式實驗采用肋片的節(jié)距為 P=2.2mm，其肋片厚度 h 值分別為 0.16mm、0.3mm、0.26mm、0.4mm、0.36mm 和 0.5mm。對其進行模擬計算，得出：其余工況相同時，肋片厚度不同，其換熱器出口煙氣中的平均溫度、總質(zhì)量、換熱器總換熱量、單位質(zhì)量換熱量也不同，具體結(jié)果如表1：

通過表1得出如下結(jié)論：第一、肋片厚度越薄，換熱器出口煙氣平均溫度越高，而當(dāng)其肋片厚度出現(xiàn)增大情況后，其出口處煙氣平均溫度也就隨之降低。第二、通過實驗后發(fā)現(xiàn)，其肋片厚度的不斷變化與換熱器總重量變化基本成成正比，即肋片厚度增大，該換熱器總重量也就隨之增加；但肋片厚度持續(xù)增加后，換熱器單位質(zhì)量換熱量會出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。反之，其肋片厚度如減小，該換熱器單位質(zhì)量所需換熱量也就越大。

（二）換熱器肋片高度問題

在對換熱器肋片高度進行實驗研究中，主要采取厚度為 h=0.26mm，肋片節(jié)距 p=2.8mm，并在其前端、后端各自延長為 3mm，將其記為“ v2w2”，其前端延長為 5mm，將其記為“ v4w0”。另外，其前端延長 5mm，后端則延長 3mm，將其記為“4w20”。其原始肋片記為“v0w0”，“v0w0” 與“v4w2” 表2為肋片高度對換熱器性能的影響結(jié)果：

通過表2、圖2得出如下結(jié)論：第一，在換熱器總重量不發(fā)生改變的情況下，如對其肋片高度進行增加，并對肋片數(shù)量進行削減，可有效對其換熱器出口煙氣溫度進行大幅度降低，但其總換熱量與單位質(zhì)量換熱量將會持續(xù)提升。另外，其肋片高度的增高往往會受其表面最高溫度制約控制。第二、通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，對 v2w2與v4w0 不同型號肋片數(shù)據(jù)記進行對比得出，其位于換熱器前端延長處的肋片相對于后端延長處，即同等長度肋片相比較，其換熱效果略好。

因此，通過以上對肋片厚度、高度等進行實驗分析后發(fā)現(xiàn)，其在換熱器自身質(zhì)量不發(fā)生改變的情況下，通過采用前端及后端延長方式，可以對其總換熱量起到熱量增加效果。但肋片高度的增加必然對其表面承受溫度造成范圍超出，所以建議采用減小換熱器長度的方式，起到節(jié)約使用銅材的實際目的。另外，也可以對其換熱器長度進行合理設(shè)計，即長度減小，也會起到燃料降低的實際作用。從投入成本、效能發(fā)揮、性能穩(wěn)定成層面來講，其作用較為顯著。

結(jié)論：綜上所述，通過對燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗進行分析研究，主要包括：優(yōu)化燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)的重要性、具體實驗及研究分析，其包括換熱器肋片厚度問題、換熱器肋片高度問題等，從多方面、多角度對燃氣熱水器換熱肋片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路及實驗進行闡明，為下一步工作開展奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]時紅遠，劉華，熊建國，等.丁胞與翼形肋片相結(jié)合的印刷電路板式換熱器流動與換熱特性的研究[J].工程熱物理學(xué)報，2019，40（04）：857-862.

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）