在燃气快速式热水器上增加冷凝器,可以利用燃气燃烧后烟气中水蒸气的汽化潜热,具有很大的节能潜力。冷凝器的结构与性能是非常重要的研究内容,目前针对纵肋管应用在热水器烟气冷凝器中的研究较少,因此本文在课题组已经进行的纵肋管冷凝器相关研究的基础上,对纵肋管冷凝器结构与性能的设计优化进行了较为深入的研究,具体工作如下:根据热水器规范,结合实验的设计要求搭建实验平台,设计并进行了热水器和冷凝器联立运行、独立运行两组实验方案,分别研究热水器热负荷、冷却水流量对冷凝器热工性能的影响;结果显示热水器热负荷对热工性能的影响更大,其中冷凝器热效率、冷凝率和管外复合换热系数随热水器热负荷一般表现出先增高后降低,中间热负荷取得最大值的整体趋势;利用玻璃外壳对纵肋管冷凝器进行可视化实验,根据典型工况的实验结果分析了冷凝水附着状态和液滴下落频率、冷凝水量分布、凹槽溢液长度等参数,结果可作为冷凝器优化的设计参考。采用ANSYS软件对纵肋管冷凝器在10组典型烟气工况中的运行情况进行数值模拟,模拟结果显示:烟气流动形成了明显的流速较高的主流区,该部分烟气流过的区域整体换热能力较强,是冷凝器换热优化的设计重点;导流板底部形成明显的回流区,不利于烟气充分接触进行冷凝换热;高温烟气区冷凝水量较少,且烟气流动与冷凝水流动方向一致,冷凝主要集中于直肋管下部,因此从充分利用凹槽排液能力角度,该区域结构调整潜力较大;整体情况与可视化实验相符。根据实验、模拟获得的冷凝水量,烟气流速、压力、温度,冷凝速率,纵肋管表面努塞尔数等数据分布,在金属耗量不变的前提下,对肋片数和肋高进行设计计算:调整肋片数得到纵肋管冷凝器A-1,实验表明热水器热负荷在10.68k W和20.55k W工况下,平均的冷凝器热效率较纵肋管冷凝器A分别提升约7.72%和7.25%,与模拟预期8.52%和6.96%的提升接近。在此基础上,调整肋高得到纵肋管冷凝器A-2,模拟表明热水器热负荷在10.68k W和20.55k W工况下,平均的冷凝器热效率较纵肋管冷凝器A分别提升约9.84%和8.45%,较纵肋管冷凝器A-1的两种工况,模拟分别提升了约1.32%和1.49%。上述结果验证了在金属耗量不变的前提下,适当增加肋片数和提高换热相对优势区域的肋高、降低换热相对劣势区域的肋高两种设计方法对增强纵肋管冷凝器整体换热能力的可行性,为后续纵肋管冷凝器的进一步结构优化提供了思路。