技术研究：基于房间空调器全年性能系数的室外机翅片设计
越来越多的国家将全年性能系数（APF）指标替代额定制冷能效比（EER）指标，作为空调器新的性能评价指标。APF 指标考核的全年运行工况分为非结霜工况和结霜工况两大类。提高空调器性能的方法主要有改善分配器性能和优化换热器翅片结构两种。由于分配器对每个APF测试工况具有相同的影响，无法使得空调器系统匹配达到APF最优，今天我们就推荐一篇文章——主要通过优化换热器翅片结构改善空调器APF性能。
非结霜工况要求室外机翅片表面设计凸起或狭缝等局部复杂的结构，来提高翅片换热性能。凸起和狭缝结构包括桥缝和百叶窗。狭缝结构能够切断翅片表面的空气边界层，使得边界层在狭缝后缘的翅片表面重新开始发展，从而减薄边界层。
但传统的强化结构导致翅片在结箱工况下容易被霜层堵塞，从而降低翅片在结霜工况下的换热性能。百叶窗与空气流动方向存在夹角，导致翅片之间的流道间隙减小。百叶窗结构使得结霜工况下的换热能力比平翅片低25 %。桥缝结构由翅片冲压形成条缝凸起，同样导致翅片之间的流道间隙减小，使得桥缝结构在结箱工况下的换热能力比平翅片低30%。
现有的常规翅片强化结构，虽然提高了非结霖工况下的换热性能，但在结箱工况下翅片容易被报层堵塞．从而降低结霜工况下的换热性能。本文提出一种新型翅片，该翅片能够兼顾空调非结霜工况的运行特性和结箱工况的运行特性，使得新型翅片在结霜工况和非结箱工况下的性能均有所提高。
新型翅片的设计原理是：通过在波纹翅片表面开设镂空狭缝来克服翅片在结霜工况下被霜层堵塞的问题：通过设计波纹翅片表面镇空缝的位置来提高翅片在非结霜工况下的换热性能。
1 . 1 改善翅片表面被霜层堵塞的设计方法
改善翅片表面被布层堵塞的方法包括2个方面。
（1）镂空区域远离排水区域二翅片表面化需水的主要流动区域有 3部分，其中一部分在铜管下方。另外两部分在铜管侧边，如图1所示。翅片表面的 3 部分化霜水流动区域将翅片分割为 4 块可开设镂空孔的区域。当镂空结构在 4 块可开设楼空孔的区域时，镂空结构不会阻挡化霜水流的排除
（2）条形镂空的楼空方向应该平行于化箱水的流动方向。竖直开设的条形镂空孔对水流的阻碍作用最小，使得翅片表面的残存化箱水量也最小。如图 2 ( a ）所示：水平开设的条形镂空孔和倾斜开设的条形镂空孔均会阻碍了化箱水的流动，井使得翅片表面残存大里化霜水滴。如图 2 ( b）和图2（c）所示。
1 .2 提高翅片换热器的设计方法
提高翅片换热性能的设计方法是通过设计镂空缝在波纹翅片表而的位置来增强换热。波纹翅片的流场在波纹转角处存在一个低流速、低换热系数的滞留区，开设在波纹转角附近的楼空缝可以减小滞留区域的大小，从而改善波纹翅片的换热性能，如图3所示。
2 . 1 模型建立
图 4 ( a ）显示了翅片在实体换热器中的位置，图4 ( b ）显示了CFD 中的翅片模型。空气先经过预流段，进入翅片区域与铜管和翅片换热，最后通过延长段，到达出口‘翅片区城有两排铜管，其管径为 5mm。翅片模型中的布层厚度和物性均按照现有文献中的数据进行设置． LENIC等研究表明，在结拍初期．翅片表面的箱层分布均匀，并且在结霜运行的2h 内报层厚度约为0.1 mm。
在不结霜工况下，翅片表面无霜层：在结霜工况下， CFD 模型中的波纹翅片表面绘制有均匀厚度的霜层，霜层的厚度为0.1 mm。霜层的物性由HWANG 等提出的关联式拟合得到。在计算翅片稳态运行工况时，箱层的物性主要包括密度pf导热系数 Kf和比热容CP，分别如式（1）—式（3）所示。
2 . 2 边界条件
利用 Fluent 软件对该模型进行计算，采用SIMELE方法，并运用Laminar模型对层流进行求解。非结霜工况下和结箱工况下的翅片模型的边界条件分别如表1和表2所示。
2 . 3 模拟结果
不同镂空数目的翅片，如图6所示。通过以上的模型和边界条件，可以模拟得到换热器和压降。
CFD 计算表明，所有镂空翅片的换热量均比波纹翅片的换热量高。其中接空结构2的换热只最大，如图 7 所示。不结箱工况下，接空结构 2 的换热量比原波纹翅片高7.5 %，压降比原波纹翅片增加1.2Pa .
2.4 APF 性能比较
热泵型空调器的APF性能仿真采用了一种结合分布参数模型和分相参数模型的稳态系统仿真软件。该软件不仅能够计算出换热器的换热量、能效等参数，而且能够计算换热器局部换热系数和压降。通过系统仿真软件可以计算得到 3 种不同室外机翅片的热泵型空调器的系统性能，包括波纹翅片、条缝翅片和新型镂空翅片，如图 8 所示。仿真结果表明：使用新型镂空翅片的空调器 APF比波纹翅片的空调器APF高4 % ，比条缝翅片的空调器APF高 2 . 1％。仿真结果表明，新型镂空翅片是最佳的室外机翅片类型。
（1）在结霜工况和非结霜工况下，新型镂空翅片的换热系数均比波纹管翅片高；
（2）新型镂空翅片的换热量比波纹翅片在结霜和非结霜工况分别高7.5%和3.5%。
（3）新型镂空翅片优于传统的波纹翅片，新型镂空翅片的空天气的全年性能细说（ADF）比波纹翅片的空调器高4%。