燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验分析

吴宸萱

【摘 要】伴随我国生态建设及大气环保工作逐渐开展，燃气热水器作为现阶段我国家庭必备电气设备之一，优化其效率的重要性不言而喻。通过近年来大多研究发现，对燃气热水器换热器的肋片结构的优化对热水器的能源消耗、成本降低、性能保障、大气环保等影响颇大。本次研究将对燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验进行分析，为下一步工作开展提供参考依据。

【关键词】燃气热水器；换热肋片；结构优化

前言：燃气热水器换热肋片结构优化设计是降低大气污染、实现节能减排的重要措施之一。然而现阶段有关我国燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验研究相对较少，基于该问题现状，要有行之有效的方法对其进行分析研究，如换热器肋片厚度问题、换热器肋片高度问题等，本次研究对燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验进行分析，有十分重要的理论指导意义。

一、优化燃气热水器换热肋片结构的重要性

随着当下城市污染日益严重，人们环保意识也逐渐加强。其中，燃气热水器作为较为常见的必备电气，提高其效率的重要性不言而喻[1]。诸多燃气热水器厂家也通过反复的研究，将具有节能、环保双效能的燃气热水器进行推广。本文主要以GB20665-2006型号燃气快速热水器为研究案例，并根据其实际要求及研究方向，对具体问题进行客观分析。国家燃气具能效标准要求，燃气热水器的一级能效为不低于 95%，二级能效为不低于86%，而三级能效为不低于82%。在不考虑热水器的成本的前提下，满足热水器的能效要求并不难；但从节能增效及环保的角度出发，就有必要对换热器肋片结构进行优化，减少铜材的使用，从而降低不可再生资源的消耗[2]。同时，优化肋片结构也符合诸多厂家降低投入成本、减少资金消耗的目标，本文以此为方向对其进行深入研究。

二、具体实验及研究分析

（一）换热器肋片厚度问题

通过研究发现，换热器肋片厚度对其换热性能影响较大，本次模式实验采用肋片的节距为 P=2.2mm，其肋片厚度 h 值分别为 0.16mm、0.3mm、0.26mm、0.4mm、0.36mm 和 0.5mm。对其进行模拟计算，得出：其余工况相同时，肋片厚度不同，其换热器出口烟气中的平均温度、总质量、换热器总换热量、单位质量换热量也不同，具体结果如表1：

通过表1得出如下结论：第一、肋片厚度越薄，换热器出口烟气平均温度越高，而当其肋片厚度出现增大情况后，其出口处烟气平均温度也就随之降低。第二、通过实验后发现，其肋片厚度的不断变化与换热器总重量变化基本成成正比，即肋片厚度增大，该换热器总重量也就随之增加；但肋片厚度持续增加后，换热器单位质量换热量会出现递减现象。反之，其肋片厚度如减小，该换热器单位质量所需换热量也就越大。

（二）换热器肋片高度问题

在对换热器肋片高度进行实验研究中，主要采取厚度为 h=0.26mm，肋片节距 p=2.8mm，并在其前端、后端各自延长为 3mm，将其记为“ v2w2”，其前端延长为 5mm，将其记为“ v4w0”。另外，其前端延长 5mm，后端则延长 3mm，将其记为“4w20”。其原始肋片记为“v0w0”，“v0w0” 与“v4w2” 表2为肋片高度对换热器性能的影响结果：

通过表2、图2得出如下结论：第一，在换热器总重量不发生改变的情况下，如对其肋片高度进行增加，并对肋片数量进行削减，可有效对其换热器出口烟气温度进行大幅度降低，但其总换热量与单位质量换热量将会持续提升。另外，其肋片高度的增高往往会受其表面最高温度制约控制。第二、通过实验研究发现，对 v2w2与v4w0 不同型号肋片数据记进行对比得出，其位于换热器前端延长处的肋片相对于后端延长处，即同等长度肋片相比较，其换热效果略好。

因此，通过以上对肋片厚度、高度等进行实验分析后发现，其在换热器自身质量不发生改变的情况下，通过采用前端及后端延长方式，可以对其总换熱量起到热量增加效果。但肋片高度的增加必然对其表面承受温度造成范围超出，所以建议采用减小换热器长度的方式，起到节约使用铜材的实际目的。另外，也可以对其换热器长度进行合理设计，即长度减小，也会起到燃料降低的实际作用。从投入成本、效能发挥、性能稳定成层面来讲，其作用较为显著。

结论：综上所述，通过对燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验进行分析研究，主要包括：优化燃气热水器换热肋片结构的重要性、具体实验及研究分析，其包括换热器肋片厚度问题、换热器肋片高度问题等，从多方面、多角度对燃气热水器换热肋片结构优化设计思路及实验进行阐明，为下一步工作开展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]时红远，刘华，熊建国，等.丁胞与翼形肋片相结合的印刷电路板式换热器流动与换热特性的研究[J].工程热物理学报，2019，40（04）：857-862.

（作者单位：广东万家乐燃气具有限公司）