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由于霉菌生長周期長,故實驗采用人工加速霉變的方法使翅片管換熱器表面生長霉菌。根據標準GB/ T 2423.162-1999,選用且空調中普遍生長的黑曲菌標準菌株(A TCC 16888,第4-5代) 進行人工加速培養。研究選用4個附帶親水層的人字波紋翅片管換熱器,其結構采用紫銅管外嵌整體式鋁合金翅片,如圖1 所示。圖中,s、b、l1 、l2 和θ分別為翅片間距、翅片厚度、翅片投影長度、翅片高度和波紋角。其中3個換熱器進行翅片表面霉變處理,處理后霉菌面積分別約占換熱器空氣側表面積的10 %、30 %和60 %,經過霉變處理后的照片如圖1所示。
1)、軋制成型翅片管(extruded fin tube);
2)、焊接成型翅片管(高頻焊翅片管、埋弧焊翅片管);
3)、滾壓成型翅片管;
4)、套裝成型翅片管;
5)、鑄造翅片管;
6)、張力纏繞翅片管;
7)、鑲片管。
試驗時,試件的管內通熱水,管外空氣橫掠。水的進、出口溫度和空氣的進口溫度由精密水銀溫度計測量,水的流量由轉子流量計測量。空氣的進、出口溫度由布置在試驗段前后流通截面上的熱電偶堆測量,空氣的流量由畢托管測量。在試件前后的風道上裝有測壓管,測量兩處的靜壓壓差,即可得到空氣流動阻力。通過擬合曲線分離法得到管外換熱準則關系式,采用線性回歸方法可得到管外流體流動阻力準則關系式。
為了保證試驗數據的可靠性,對每個工況的試驗數據都要進行熱平衡η的校驗。如果|η|<5%,認為試驗數據可靠;如果|η|≥5%, 則認為試驗數據不可靠,需重新進行測試。熱平衡η的計算方法如下。熱流體的放熱量Q1和冷流體的吸熱量Q2可分別表示為:
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試驗時,保持管內水流量及進口水溫基本不變,改變空氣的流量,得到一系列工況點數據。
翅片管是為了提高換熱效率,通常在換熱管的表面通過加翅片,增大換熱管的外表面積(或內表面積),從而達到提高換熱效率的目的,這樣一種換熱管。冷凝器是空調系統的機件,能將管子中的熱量,以很快的方式,傳到管子附近的空氣,大部分的汽車置于水箱前方。
把氣體或蒸氣轉變成液體的裝置。發電廠要用許多冷凝器使渦輪機排出的蒸氣得到冷凝;在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣。石油化學工業中用冷凝器使烴類及其他化學蒸氣冷凝。在蒸餾過程中,把蒸氣轉變成液態的裝置稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉的。
1、常見冷凝器類型與特點
冷凝器又稱“液化器”,是使蒸氣在其中放出熱量而液化的換熱器。根據冷卻介質和冷卻方式的不同,冷凝器可分為水冷式、空冷式、蒸發式三種類型。
1)水冷式冷凝器
水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質,靠水的溫升帶走冷凝熱量。水冷式冷凝器具有傳熱效率高、結構緊湊的特點。目前,由于水資源短缺,水冷式冷凝器中使用的冷卻水普遍循環使用,其主要缺點是需要設置專門的冷卻水循環系統,初投資高,水處理費用大。常用的水冷式冷凝器有臥式殼管式、立式殼管式和套管式等型式。
在大中型空調制冷裝置及工業制冷中一般均采用水冷式冷凝器,其中又以殼管式冷凝器常用。在殼管式冷凝器中,制冷劑通常在管外冷凝,水在管內流動。目前使用的殼管式冷凝器有光管管束與滾壓低翅片管(即螺旋管)兩種。一般,氨用臥式殼管式冷凝器多采用光管管束,氟里昂冷凝器多采用滾壓低翅片管。
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翅片管式換熱器總傳熱計算
采用平壁導熱計算公式,總傳熱計算方程:
二:翅片效率簡化計算前提
( l )翅片材料的導熱系數為常數;
( 2 )翅片厚度遠小于翅片高度與翅片寬度;
( 3 )翅基溫度、翅周圍介質溫度、翅表面與周圍介質的對流傳熱系數均為常數;
( 4 )翅端絕熱。
三:翅片管束的換熱和流動阻力
由于空氣側或煙氣側的換熱系數很低,因此我們一般采用翅片管。此外,當流體流過翅片管束時,須克服一定的流動阻力,因而會產生壓力降△P ,壓力降越大,說明消耗的動力越大。所以壓力降的計算也是一個應該關注的問題。
1 .流體繞流翅片管束時的管外換熱系數
換熱系數是指當流體流過固體壁面時,單位時間,單位面積,單位溫差時的換熱量。應注意,這兒說的單位溫差是指固體壁面和流體之間的溫差。換熱系數我們用 h 來表示,其單位是: W /(㎡.℃)。翅片管的排列有順排和叉排之分,由于順排和叉排時流體的流動狀態不同,因而其換熱系數的計算式是不同的。
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順排流動叉排流動所有翅片管束管外換熱系數的計算式都是由實驗得出來的,實驗中要考慮很多因素的影響,因而所得出的結果又叫實驗關聯式。不同研究者進行的實驗可能會得出形式上不同的實驗關聯式,但在同一條件下的計算結果應該是相近的。我們的任務就是選擇信得過的關聯式進行計算。
這里 Briggs和 Young 的實驗關聯式。他們曾對十多種環形翅片管束進行了實驗研究,所有的實驗管束都是叉排排列,管心距呈等邊三角形布置。其標準誤差在5%左右。下面只介紹對于高翅片管束的實驗結果:
式中,
df , db :翅片外徑和基管直徑;
Y , H :翅片間隙和高度;
入,μ和 Pr 分別為流體的導熱系數,粘度系數和普朗特數。
根據流體溫度查流體物性表得到;式中的 Gmax 是流體在窄截面處的質量流速,單位是 Kg /(㎡.s) . 所謂窄截面是指相鄰兩翅片管之間夾縫中的截面。由上式可知,影響換熱系數 h 大的因素是流速,與 Gmax 的0.718次方成正比。如何應用這一關聯式進行計算,后面將通過一個例題加以說明。
2.流體繞流翅片管束的流動阻力
Robinson 和 Briggs 對十多種叉排環形翅片管束進行了等溫條件下的流動阻力測試。實驗范圍是:
上式中, K 是縱向管排數, f 是摩擦系數,是一個無因次數。對于按等邊三角形排列的管束,由下面的實驗關聯式計算:
由上兩式可見,影響翅片管束壓力降△P的主要因素是:
是流速,與Gmax的2-0 .316 =1 . 684次方成正比;
第二是管間距,幾乎與 Pt 的一次方成反比。
所以,為了降低阻力,可以選用較大的管問距和降低流體的流
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