趙波，黃知龍，陳吉明，廖達(dá)雄 , ，裴海濤

1. 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 空氣動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽 621000

2. 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)研究所，綿陽 621000

0 引 言

近年來，國內(nèi)大型連續(xù)式高速風(fēng)洞設(shè)備發(fā)展迅速，許多重要設(shè)備的研究設(shè)計(jì)被提上日程。這些風(fēng)洞功耗非常大，動(dòng)輒幾十甚至上百兆瓦，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生巨大熱量，需要設(shè)計(jì)專門的熱交換器，以確保試驗(yàn)中氣流溫度穩(wěn)定。在風(fēng)洞環(huán)境條件下，不僅要求熱交換器換熱效率高，還必須具有足夠低的壓力損失，以降低風(fēng)洞建設(shè)和運(yùn)行成本[1]。同時(shí)，隨著風(fēng)洞試驗(yàn)精細(xì)化測(cè)試要求的提高，對(duì)試驗(yàn)段流場(chǎng)品質(zhì)的要求也大為提高；而布置于風(fēng)洞內(nèi)的熱交換器會(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生擾動(dòng)，使得下游溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)均勻性變差[2]。如何減小熱交換器對(duì)氣流的擾動(dòng)，也成為了一個(gè)重要的研究課題。

熱交換器種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活各領(lǐng)域均有大量應(yīng)用，相關(guān)研究主要集中于流動(dòng)傳熱機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)。馮麗麗等[3]研究了橢圓管矩形翅片間空氣流動(dòng)的擾流特性，楊濤等[4]研究了不同管束結(jié)構(gòu)對(duì)開縫翅片橢圓管換熱性能的影響，劉景成等[5]改進(jìn)了板翅式熱交換器的流道結(jié)構(gòu)，并分析評(píng)估了性能改進(jìn)情況。

基于風(fēng)洞特殊的應(yīng)用環(huán)境，通常需對(duì)熱交換器進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。國外連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)起步較早，對(duì)風(fēng)洞熱交換器的研究主要完成于20 世紀(jì)。21 世紀(jì)見諸報(bào)道的主要有美國NTF 風(fēng)洞和波音公司BTWT 風(fēng)洞的熱交換器改進(jìn)。NTF 風(fēng)洞由于熱交換器性能下降并出現(xiàn)漏水，于2001 年前后進(jìn)行改進(jìn)，采用了銅制橢圓翅片管熱交換器[6]，解決了熱交換器抗高低溫交變熱沖擊技術(shù)問題。在波音公司BTWT 風(fēng)洞改造中，采用板翅式熱交換器代替了管翅式熱交換器[7–8]，顯著降低了支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的堵塞度（從15%降至2.5%），且達(dá)到相同換熱性能所需的熱交換器迎風(fēng)面積也大為降低（降幅約33%）。由于換熱器件由管式改為薄板式，對(duì)氣流的擾動(dòng)也得到了較好控制。

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，國內(nèi)連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)項(xiàng)目增多，風(fēng)洞熱交換器研究也顯著增多，在發(fā)展高效低壓損設(shè)計(jì)技術(shù)、提高溫度場(chǎng)均勻性及降低熱交換器本體對(duì)氣流的擾動(dòng)等方面都開展了系統(tǒng)性研究工作，取得了諸多成果。李啟良等[9–10]針對(duì)低速汽車風(fēng)洞開展了橢圓翅片管性能研究，獲得了其相比于圓管翅片管的性能優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)，并對(duì)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中熱交換器的聲學(xué)性能進(jìn)行了研究。趙波、符澄等[2,11–13]通過試驗(yàn)和數(shù)值仿真相結(jié)合的手段，系統(tǒng)研究了風(fēng)洞熱交換器的換熱壓損性能和氣流擾動(dòng)特性，相關(guān)成果已應(yīng)用于0.6 m 連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞設(shè)計(jì)，從測(cè)試結(jié)果看，該風(fēng)洞熱交換器的壓損性能及溫度場(chǎng)均勻性、穩(wěn)定性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求[14]。本文結(jié)合近年研究工作，對(duì)大型連續(xù)式高速風(fēng)洞熱交換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及研究成果進(jìn)行綜述，為后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)工作提供參考。

1 風(fēng)洞熱交換器需求特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 風(fēng)洞熱交換器需求特點(diǎn)

大型連續(xù)式高速風(fēng)洞氣流速度高、工況流量大，所需壓縮機(jī)功率很大，對(duì)大功率熱交換器提出了較高要求，同時(shí)也使得降低熱交換器壓損的效益顯著增大。

大型連續(xù)式高速風(fēng)洞通常會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)尺寸很大的熱交換器段，使主要工況的氣流速度降至6～12 m/s，以降低氣流壓損，取得綜合較優(yōu)的換熱壓損性能。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)獲得高效低壓損熱交換器，還可以有效減小熱交換器段尺寸，從而在取得相對(duì)較優(yōu)的換熱壓損性能的同時(shí)，大大降低建設(shè)成本。

大型連續(xù)式高速風(fēng)洞對(duì)試驗(yàn)段流場(chǎng)品質(zhì)要求越來越高（模型區(qū)截面溫度場(chǎng)均勻性要求|ΔT0|≤1 K；試驗(yàn)段氣流湍流度要求在0.05%～0.25%之間；模型區(qū)馬赫數(shù)分布均方根偏差要求達(dá)到0.001），而熱交換器的換熱芯體布置于風(fēng)洞氣流之中，對(duì)氣流的擾動(dòng)不可避免，且在熱交換器強(qiáng)化傳熱技術(shù)中，使用最多的技術(shù)就是增強(qiáng)氣流擾動(dòng)以提高換熱效率。對(duì)流場(chǎng)品質(zhì)的極高要求和增強(qiáng)氣流擾動(dòng)以提高換熱效率之間的矛盾，必須在風(fēng)洞熱交換器的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行綜合平衡。

另外，基于每座風(fēng)洞的特點(diǎn)，也會(huì)對(duì)熱交換器提出一些特殊需求。某些風(fēng)洞的熱交換器需放置于穩(wěn)定段，由于穩(wěn)定段氣流速度較高，距離試驗(yàn)段也更近，在這種情況下，對(duì)熱交換器氣流擾動(dòng)的控制要求更為嚴(yán)格。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

為滿足大型連續(xù)式高速風(fēng)洞換熱需求，熱交換器設(shè)計(jì)需要解決3 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：高效低壓損設(shè)計(jì)技術(shù)、溫度場(chǎng)均勻性控制技術(shù)和氣流擾動(dòng)控制技術(shù)。這些技術(shù)涉及熱交換器換熱效率、壓力損失、溫度場(chǎng)均勻性和流場(chǎng)均勻性等4 個(gè)方面的性能。圖1 列出了影響這4 個(gè)方面性能的主要因素。在設(shè)計(jì)過程中，需要基于各種因素對(duì)熱交換器性能的影響規(guī)律，綜合權(quán)衡風(fēng)洞各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，制定滿足要求且相對(duì)較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

圖1 熱交換器性能的主要影響因素Fig. 1 Main influencing factors of heat exchanger performance

2 高效低壓損設(shè)計(jì)技術(shù)

熱交換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響換熱性能和壓損性能的因素眾多，通常采用基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。式（1）和（2）給出的努塞爾數(shù)Nu 和歐拉數(shù)Eu 分別表征換熱性能和壓損性能，換熱功率由式（3）得出。

式中：h 為換熱系數(shù)，De為當(dāng)量直徑，λ為流體導(dǎo)熱系數(shù)，ρ為流體密度，Δp 為熱交換器壓力損失，vmax為熱交換器最窄流通截面處氣流的速度，Q 為換熱功率，S 為換熱面積，ΔT 為換熱溫差。

大型連續(xù)式高速風(fēng)洞換熱功率巨大，設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)采取措施同時(shí)提高h(yuǎn)、S 和ΔT。相同流動(dòng)條件下，h 與熱交換器換熱芯體結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)，通常采用結(jié)構(gòu)緊湊的管翅式熱交換器或板翅式熱交換器并通過擾流翅片破壞流動(dòng)邊界層、增強(qiáng)擾動(dòng)等方法提高h(yuǎn)。S 的提高通常采用增加管排數(shù)目、減小翅片距離、適當(dāng)提高翅片高度等方法實(shí)現(xiàn)；當(dāng)然，還可以加大熱交換器段截面積，在提高S 的同時(shí)避免熱交換器壓損也隨之顯著增大。在常溫水冷卻方式下，ΔT 通常會(huì)隨著季節(jié)和環(huán)境變化，可以為風(fēng)洞增配制冷系統(tǒng)，主動(dòng)增大ΔT，從而大幅提高熱交換器的換熱功率。

上述提高h(yuǎn) 和S 的方法大多會(huì)顯著提高熱交換器的壓損（如增強(qiáng)擾動(dòng)、增加管排數(shù)目等），需要采取必要措施加以平衡。通過研究各種因素對(duì)換熱性能和壓損性能影響的大小，在設(shè)計(jì)中采用能大幅提升換熱性能且對(duì)壓損性能影響較小的方案。相關(guān)研究獲得的主要結(jié)論有：

1）擾流翅片對(duì)提升換熱性能幫助很大，但帶來的壓損增長更為顯著，通常很少使用。

2）減小翅片距離可顯著增大換熱面積，且對(duì)壓損的影響相對(duì)較小，因此風(fēng)洞熱交換器通常采用較小的翅片距離。

3）換熱管間距（或板片間距）對(duì)換熱及壓損性能影響較為復(fù)雜：管間距太大，換熱性能下降顯著；管間距太小，則壓損迅速增大。需要進(jìn)行大量研究，以獲得最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

4）換熱功率及壓力損失基本與管排數(shù)目變化（或熱交換器氣流方向尺寸）呈線性關(guān)系，通常會(huì)在滿足換熱要求的前提下盡量減少管排數(shù)目（或熱交換器氣流方向尺寸）。

5）換熱管排列方式對(duì)換熱和壓損性能的影響較大。順排方式壓損相對(duì)較小，而叉排方式換熱性能更好，且更有利于提高溫度場(chǎng)均勻性，因此通常采用叉排方式。

6）橢圓翅片管在降低壓損的同時(shí)，還有利于提高換熱效率，是風(fēng)洞熱交換器的首選。但對(duì)具有更高換熱和壓損綜合性能要求的應(yīng)用場(chǎng)景，采用改進(jìn)型鋁制板翅式熱交換器更優(yōu)，在相同熱交換器段截面尺寸及換熱工況條件下，比碳鋼橢圓翅片管熱交換器的壓損低30%～50%。

7）當(dāng)換熱效率要求高、壓損限制嚴(yán)格時(shí)，還可以增大熱交換器段的截面積，既能降低氣流速度、大幅減小壓損，還能增大換熱面積、提高換熱效率。但氣流速度不宜過低，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)大幅下降、熱交換器綜合效能降低，通常將氣流速度控制在6～12 m/s。

8）在窮盡其他方法仍無法滿足換熱及壓損性能要求的情況下，通?？梢圆捎门渲弥评湎到y(tǒng)主動(dòng)提高ΔT 的方法。但此方法會(huì)增加熱交換器冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)的復(fù)雜度，增大系統(tǒng)維護(hù)的工作量及成本。

3 溫度場(chǎng)均勻性控制技術(shù)

試驗(yàn)段溫度場(chǎng)均勻性是大型連續(xù)式高速風(fēng)洞的一個(gè)重要性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)風(fēng)洞熱交換器時(shí)，應(yīng)盡量提高熱交換器出口溫度場(chǎng)均勻性，從根本上保證氣流指標(biāo)要求的實(shí)現(xiàn)，并盡量將熱交換器布置于距離試驗(yàn)段較遠(yuǎn)的位置，以通過氣流摻混實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)自均勻。

對(duì)溫度場(chǎng)均勻性的影響因素主要包括：熱交換器換熱芯體結(jié)構(gòu)參數(shù)、冷卻水參數(shù)、熱交換器段截面形狀及來流條件。

3.1 芯體排列的影響

換熱芯體排列方式是影響溫度場(chǎng)均勻性的主要因素之一。圖2 以管翅式熱交換器為例，給出了2 種換熱管排列方式（相鄰管排交錯(cuò)、相鄰管列交錯(cuò)）下的溫度場(chǎng)數(shù)值仿真結(jié)果[2]。相鄰管列交錯(cuò)排列，形成一個(gè)高溫氣流通道，在來流條件和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)條件相同的情況下，會(huì)使溫度場(chǎng)均勻性顯著變差，且這種影響會(huì)持續(xù)至熱交換器下游很長一段距離；相比之下，相鄰管排交錯(cuò)排列的熱交換器后的溫度場(chǎng)均勻性則改善很多。從圖中還可以看出：由換熱管排列方式導(dǎo)致的熱交換器下游截面溫度不均勻，出現(xiàn)在垂直于水流通道的方向上。

圖2 不同換熱管排列方式下的溫度分布Fig. 2 Distribution of temperature in different arrangements of heat transfer tubes

3.2 冷卻水參數(shù)的影響

冷卻水參數(shù)主要包括冷卻水流量及分配均勻度、熱交換器出入口水溫差、進(jìn)水方式（同方向進(jìn)水或交錯(cuò)方向進(jìn)水）等，對(duì)溫度場(chǎng)均勻性的影響很大。與換熱芯體排列方式對(duì)溫度場(chǎng)均勻性的影響不同，由上述冷卻水參數(shù)導(dǎo)致的熱交換器下游截面溫度場(chǎng)不均勻，出現(xiàn)在平行于水流通道的方向上。

通過換熱，大型連續(xù)式高速風(fēng)洞的熱交換器換熱模塊水流道中的冷卻水溫度逐漸升高，使得水流道各位置對(duì)氣流的冷卻效果有所差別，水流道對(duì)應(yīng)下游位置的氣流溫度也因之產(chǎn)生差異。熱交換器換熱模塊沿水流方向很長，水流道內(nèi)的水溫差通常較大，由此導(dǎo)致的氣流溫差也很大。當(dāng)換熱功率一定時(shí)，通過增大水流量的方式，可以降低進(jìn)出口水溫差，從而降低熱交換器下游截面與水流道平行方向上的氣流溫差。

各換熱模塊的水流量分配均勻度也會(huì)對(duì)熱交換器出口氣流溫度場(chǎng)均勻性產(chǎn)生顯著影響。圖3 為某大型連續(xù)式高速風(fēng)洞熱交換器模塊布局方案，分上下兩層，上層水流道為“U”型雙流程，下層水流道為“倒U”型雙流程，通過集水總管向各個(gè)模塊供水。建立各模塊水流溫度和出口氣流溫度分布理論模型[2]，在最大換熱量工況下，當(dāng)各模塊水流量相等時(shí)，出口氣流溫度最大偏差為0.87 ℃；當(dāng)各模塊水流量存在±3%和±5%的偏差時(shí)，出口氣流溫度最大偏差分別為1.13 ℃和1.31 ℃，可見換熱模塊水流量分配均勻度對(duì)出口氣流溫度場(chǎng)均勻性影響顯著。

圖3 某大型連續(xù)式高速風(fēng)洞熱交換器模塊布局方案Fig. 3 Module layout scheme of heat exchanger in a large-scale continuous high speed wind tunnel

圖4 為20 m 超長水流道中、不同進(jìn)水方式下熱交換器出口的溫度分布（從上至下依次為第1～8 排換熱管束出口氣流溫度分布），橫軸“管向位置”即換熱管沿水流方向從入口到出口的不同位置；熱交換器入口氣流溫度為330 K，入口水溫為300 K。同方向進(jìn)水時(shí)，出口氣流溫差隨管排數(shù)目增加而增大，第1 排和第8 排管束下游的氣流溫差分別為0.7 K 和3.5 K，溫度場(chǎng)不均勻性累積效果明顯。對(duì)比圖4（a）和（b）可以看出，交錯(cuò)進(jìn)水方式很好地改善了出口氣流溫度場(chǎng)的均勻性，沿管束方向溫差均在1.0 K 以內(nèi)，第8 排管束后的溫差降至0.2 K 以內(nèi)。

圖4 多排管束氣流出口溫度分布Fig. 4 Outlet gas temperature distribution of multi-row heat transfer tubes

3.3 圓形截面的影響

基于總體設(shè)計(jì)的需要，某些大型連續(xù)式高速風(fēng)洞的熱交換器被布置于穩(wěn)定段（圓形截面）。圖5 為某風(fēng)洞熱交換器模塊布局方案，圖中標(biāo)注的數(shù)字為模塊寬度，單位為mm。由于熱交換器所在穩(wěn)定段的截面為圓形，模塊兩端有部分處于流道之外，必須設(shè)計(jì)包覆外殼體密封流道。在包覆外殼體內(nèi)會(huì)形成流動(dòng)死區(qū)，對(duì)溫度場(chǎng)均勻性影響較大。由于流道邊緣區(qū)域的流速相對(duì)降低很多，導(dǎo)致冷卻過量，加劇了壁面附近區(qū)域溫度場(chǎng)的不均勻性，如圖6 所示。為評(píng)估熱交換器出口不均勻溫度場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)段氣流溫度場(chǎng)的影響，通過數(shù)值仿真研究了該風(fēng)洞熱交換器出口至收縮段出口總長12.6 m 的通道內(nèi)氣流溫差的發(fā)展變化情況，如圖7 所示（在數(shù)值仿真中，設(shè)定熱交換器入口截面溫度呈正弦分布，波幅分別為1、2 和3 K）。可以看出：熱交換器出口氣流溫度場(chǎng)的不均勻性可以通過下游流動(dòng)的摻混得到大幅改善；改善程度與氣流速度、摻混區(qū)長度密切相關(guān)，氣流速度越低、摻混區(qū)越長，溫度場(chǎng)的不均勻性改善越明顯。

圖5 某風(fēng)洞熱交換器模塊布局方案Fig. 5 Module layout scheme of heat exchanger in wind tunnel

圖6 帶包覆外殼體腔體的氣流溫度分布Fig. 6 Gas temperature distribution of heat exchanger with stagnant zone

圖7 氣流溫差沿程發(fā)展變化曲線Fig. 7 Variation curve of gas temperature difference

4 氣流擾動(dòng)控制技術(shù)

在風(fēng)洞中布置熱交換器，會(huì)增大氣流擾動(dòng)，對(duì)下游湍流度和速度分布產(chǎn)生影響，應(yīng)盡量將熱交換器布置于距離試驗(yàn)段較遠(yuǎn)的位置，并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

文獻(xiàn)[11]和[12]的研究表明，在熱交換器結(jié)構(gòu)一定的條件下，來流速度大小和擾動(dòng)強(qiáng)度對(duì)熱交換器后氣流擾動(dòng)特性的影響很小。熱交換器出口氣流擾動(dòng)程度主要由其結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)來流擾動(dòng)較大、流場(chǎng)不均勻時(shí)，熱交換器對(duì)來流具有較好的整流作用，使得上游的不均勻性對(duì)下游流動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。

對(duì)氣流擾動(dòng)具有決定性作用的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要分兩類：一是換熱芯體結(jié)構(gòu)參數(shù)，二是附屬結(jié)構(gòu)參數(shù)。在文獻(xiàn)[12]中，對(duì)橢圓翅片管熱交換器芯體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流體擾動(dòng)的影響做了數(shù)值仿真研究，結(jié)論如下：

1）換熱管的管型參數(shù)和管排間距直接影響到管后旋渦的形態(tài)、生成和耗散，對(duì)熱交換器下游的氣流擾動(dòng)影響很大。

2）換熱管排數(shù)對(duì)熱交換器下游的湍流分布及衰減速率影響很小。

3）換熱管翅片間距對(duì)上游復(fù)雜流動(dòng)向下游的傳遞影響較大，當(dāng)翅片間距變小，上游流動(dòng)對(duì)下游影響減小，此時(shí)氣流和翅片壁面相互作用導(dǎo)致熱交換器自身對(duì)氣流的擾動(dòng)增強(qiáng)。

熱交換器附屬結(jié)構(gòu)包括大型風(fēng)洞中的換熱模塊拼接結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)等，其對(duì)氣流擾動(dòng)的影響因素主要是結(jié)構(gòu)的厚度及整流形式。在如圖8 所示的某型板翅式熱交換器中，利用水流道封條模擬厚度較小的結(jié)構(gòu)（厚度為6.5 mm），在熱交換器中設(shè)置板條模擬厚度較大的模塊拼接縫（厚度為25 mm），通過試驗(yàn)研究了小厚度結(jié)構(gòu)整流與否和大厚度結(jié)構(gòu)整流與否對(duì)下游流動(dòng)的影響。

圖8 某型板翅式熱交換器試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)Fig. 8 Structure of the plate–fin heat exchanger

圖9[15]給出了采用厚度6.5 mm 的封條結(jié)構(gòu)在整流和不整流情況下的流向湍流度分布，圖10[15]給出了采用厚度25 mm 的模塊拼接縫在整流和不整流情況下的流向湍流度分布（x 方向?yàn)榱飨?，y 方向?yàn)樨Q直方向，z 方向由右手法則確定；x 的數(shù)值為測(cè)試截面與熱交換器出口的距離）。采用厚度6.5 mm的封條結(jié)構(gòu)時(shí)，熱交換器出口下游50 mm 處的流動(dòng)擾動(dòng)明顯，但下游250 mm 處的擾動(dòng)則相對(duì)較小，整流與否對(duì)擾動(dòng)的影響不大；而采用厚度25 mm 的模塊拼接縫時(shí)，其對(duì)流動(dòng)造成的影響會(huì)持續(xù)至下游很長的距離，通過整流處理，能夠大幅降低擾動(dòng)幅度，并縮短擾動(dòng)對(duì)下游的影響距離。

圖9 封條結(jié)構(gòu)對(duì)下游流向湍流度的影響[15]Fig. 9 Effect of seal on downstream flow direction turbulence[15]

圖10 拼接縫結(jié)構(gòu)對(duì)下游流向湍流度的影響[15]Fig. 10 Effect of joint on downstream flow direction turbulence[15]

5 結(jié) 論

對(duì)大型連續(xù)式高速風(fēng)洞熱交換器換熱需求特點(diǎn)及關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，梳理了高效低壓損設(shè)計(jì)、溫度場(chǎng)均勻性控制、氣流擾動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)研究，主要結(jié)論如下：

1）影響熱交換器換熱性能和壓損性能的因素眾多，且多數(shù)增強(qiáng)換熱措施會(huì)增大壓損。在熱交換器設(shè)計(jì)中，需準(zhǔn)確掌握不同因素對(duì)換熱性能和壓損性能的影響規(guī)律，采取能夠大幅提升換熱性能且對(duì)壓損性能影響相對(duì)較小的方案。

2）影響溫度均勻性的因素主要為換熱芯體排列方式、冷卻水參數(shù)、熱交換器段截面形狀及來流條件。為改善熱交換器出口溫度場(chǎng)均勻性，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用相鄰管排交錯(cuò)排列方式，適當(dāng)降低水流出入口溫差，盡量均勻分配每個(gè)模塊的水流量，適當(dāng)減小冷卻水通道長度，采用交錯(cuò)方式的冷卻水流向布置方法。最后，應(yīng)評(píng)估由熱交換器產(chǎn)生的下游橫截面溫度場(chǎng)隨流動(dòng)的發(fā)展變化情況，以確定熱交換器出口溫度場(chǎng)均勻性指標(biāo)和布置位置。

3）熱交換器對(duì)氣流的擾動(dòng)程度主要由其結(jié)構(gòu)決定。在熱交換器結(jié)構(gòu)型式和換熱芯體參數(shù)選擇上，應(yīng)使其能夠盡量降低對(duì)氣流的擾動(dòng)。換熱芯體本身的擾動(dòng)在下游衰減速度較快，若熱交換器距離試驗(yàn)段較遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)可將其作為次要考量因素。當(dāng)熱交換器阻擋氣流的結(jié)構(gòu)件厚度超過20 mm 左右時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行整流處理，以縮短由結(jié)構(gòu)帶來的不均勻性在下游的影響距離。

大型連續(xù)式高速風(fēng)洞的發(fā)展趨勢(shì)是大結(jié)構(gòu)尺寸、高運(yùn)行功率和高流場(chǎng)品質(zhì)。這些發(fā)展趨勢(shì)對(duì)風(fēng)洞熱交換器技術(shù)的發(fā)展指明了方向：一是繼續(xù)通過優(yōu)化換熱芯體參數(shù)、改進(jìn)換熱結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效低壓損設(shè)計(jì)技術(shù)，以期進(jìn)一步減小熱交換器段尺寸、節(jié)約風(fēng)洞建設(shè)和運(yùn)行成本；二是加強(qiáng)模塊布局、大尺寸多模塊水流均勻分配等技術(shù)研究，進(jìn)一步改善熱交換器下游氣流溫度場(chǎng)的均勻性；三是開展低擾動(dòng)換熱芯體設(shè)計(jì)研究，開發(fā)低擾動(dòng)模塊拼接和支撐技術(shù)，發(fā)展低自擾動(dòng)、強(qiáng)整流效果的熱交換器設(shè)計(jì)技術(shù)。