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下面舉幾個傳熱過程的實例:
【例1】:一個蒸汽加熱器,用管內的蒸汽加熱翅片管外的空氣,這是一個典型的傳熱過程:熱量從管內的熱流體(蒸汽的凝結)通過翅片管的管壁傳給冷流體(空氣)。
【例2】:某一翅片管式鍋爐省煤器,熱量從管外流動的高溫煙氣通過管壁傳給管內的冷流體——水,這也是一個典型的傳熱過程。
【例3】:家用暖氣片,暖氣片內流動的是熱水,暖氣片外是室內空氣的自然對流。從內部的熱水通過暖氣壁面傳給冷流體——空氣的過程是一個典型的傳熱過程。
應當指出,在穩定狀態下,傳熱量Q在任一分過程中保持同一數值,即傳入的Q值等于傳出的Q值。所謂穩定狀態,是指系統和設備的各點溫度不隨時間而變化時的狀態。
管式爐對流室爐管內介質的傳熱系數一般都遠大于管外煙氣的傳熱系數。釘頭管和翅片管就是用來強化管外對流傳熱的。為了避免過多積灰而影響傳熱效果,除必燒油和油氣混燒時應設置吹灰器外,還應按照表-1的使用范圍正確選用釘頭管或翅片管。必須說明的是對流室煙氣入口處的2-3排爐管,既接受輻射室的輻射傳熱,又吸收高溫煙氣的對流傳熱,爐管表面熱強度很高,有時甚至超過輻射管的熱強度。這兩三排爐管通稱為遮蔽管,只能采用光管,而不得采用釘頭管和翅片管。
表1 釘頭管和翅片管使用范圍
釘頭和翅片的材質應根據計算的釘頭和翅片尖端溫度按表-2選用。另外還應考慮釘頭和翅片材質的熱膨脹系數應與爐管相同或相近,以避免多次開停工后釘頭或翅片從管壁剝離。
表2 釘頭和翅片材料高使用溫度
釘頭與爐管的焊接一般采用埋弧火花焊或電阻焊。翅片與爐管的焊接一般采用高頻焊或釬焊。當爐管材質是鉻鉬鋼或釘頭、翅片是鉻鉬鋼和鉻鋼時,應采用焊前預熱和焊后保溫緩冷的措施,以避免焊根開裂。由于釘頭焊接時的熱應力較大,當管內被加熱的是高腐蝕性介質時,釘頭管焊接完畢后應進行應力退火處理。
釘頭管和翅片管制造完畢后應進行強度水壓試驗,由于釘頭和翅片與爐管焊接時可能損傷爐管外壁,因此計算釘頭管和翅片管的水壓試驗壓力時,管壁厚度應減去一個減薄的厚度δ:埋弧火花焊釘頭管δ=3mm;高頻焊翅片管δ=1.5mm。
為了降低成本,并減少制冷劑充注量,小管徑翅片管換熱器(管徑小于或等于5 mm)正在逐漸取代7mm或更大管徑的換熱器。當管徑從7 mm減至5 mm,管路的截面積將減少49%,制冷劑充注量也相應減少。
然而,在空氣側,小管徑換熱器的翅片尺寸要小于大管徑換熱器的翅片,即減小了換熱面積。另外,與管徑密切相關的翅片間距也會減小,使得空氣壓降增加。在制冷劑側,采用小管徑管路會增加制冷劑壓降,并減少管路換熱面積。
因此,本文并提出小管徑翅片管蒸發器的優化設計方法,包括翅片結構的設計以及制冷劑流路的設計,并對采用5 mm 管徑蒸發器的空調器進行了實驗測試。
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