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在換熱器中,很多時候傳熱兩側流體的換熱系數大小不平衡,通常我們會在換熱系數小的一側加裝翅片。這是為什么呢?翅片管又是什么?結構什么樣?應用原則是什么?聽老工程師為大家講一講。(末尾有實例講解哦!)
什么是翅片管?翅片管,又叫鰭片管或肋片管。顧名思義,翅片管就是在原有的管子表面上(不論外表面還是內表面)加工上了很多翅片,使原有的表面得到擴展,而形成一種獨特的傳熱元件。為什么要采用翅片管?
在原有表面上加工上翅片能起到什么作用呢?
翅片管換熱器的結構與一般管殼式換熱器基本相同,只是用翅片管代替了光管作為傳熱面。這使得其結構更加緊湊,換熱面積增加,可以加強換熱。
什么情況時,選用翅片管呢?
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換熱器類型及工作性能
換熱器按照其工作原理可分為間壁式、混合式和蓄熱式三類。
間壁式換熱器,熱流體和冷流體間有一固體壁面,兩種流體被固體壁面隔開,彼此不接觸,熱量的傳遞必須通過壁面。
混合式換熱器依靠冷、熱流體的直接接觸而進行換熱,換熱后理論上應變成同溫同壓的混合介質流出。
蓄熱式換熱器則依靠固體填充物組成的蓄熱體傳遞熱量,冷熱流體依次交替的流過由蓄熱體組成的流道。當熱流體流過時,把熱量儲存于蓄熱體中,其溫度逐漸升高,而當冷流體流過時,蓄熱體因放出熱量溫度逐漸降低,如此反復進行。
強化換熱器換熱的方法及熱力計算
通過對翅片管式換熱器的結構進行改進與優(yōu)化設計,然后對其換熱性能與改進前換熱器進行對比計算,結果是改進后的換熱器的傳熱系數得到了提高。
一、調整換熱器的翅片間距,設計成為變翅片間距。
1、設計原理
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當氣流通過蒸發(fā)器時,由于空氣中的水蒸氣不斷地在翅片管表面沉積,空氣由于除濕作用相對濕度降低,沿氣流方向翅片盤管表面結霜量是遞減的,如果采取變片距結構,可以在結霜條件下保持其較高的傳熱效率,并延長其沖霜時間。當蒸發(fā)器采用變翅片間距結構時,實際上已構成了翅片的錯列分布,當空氣橫掠錯列翅片時,翅片的交錯分布使得上游翅片對下游翅片有繞流作用,由于前面翅片的繞流,翅片的前半部分換熱加強,后面的翅片的分布又使得流道變窄,流速提高,翅片后半部分的換熱也得到強化。
2、變翅片間距的結構示意圖及對比計算
由于該改進方案采用的是變翅片間距形式,在理論上可近似認為是錯列翅片,因此在分析中可借用錯列翅片的理論。圖1 是所研究的流體縱掠錯列翅片的一個二維模型,翅片間距為H ,厚度為t 。
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由于該結構形式實際為錯列翅片,當流體縱掠翅片時,氣流在上游翅片先受到擾動,因此在前幾排管上的翅片換熱加強,當氣流流經后幾排管子時,由于流通截面迅速變窄,流速提高,使流體在原有的基礎上又進一步受到擠壓,擾動更加劇烈,因此通過后加上的一組翅片,使換熱也得到了強化。
通過變翅片間距的結構改進,冷風機在外形尺寸即高度、寬度和管總長度不變的前提下,在結霜工況下運行時仍可保持較高的傳熱系數,且采用變翅片間距結構的冷風機比等翅片間距結構冷風機的傳熱系數提高了9. 8 % ,且傳熱面積有所提高,通過提高傳熱系數和傳熱面積從而達到強化傳熱的目的(圖2) 。
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對于翅片管式換熱器,其傳熱系數的計算采用下列公式。式中: hi ,h0為管內制冷劑和管外空氣側換熱系數(W/(m2·K) ) ; Fi, F0 為管內、外面積( m2 ) ; β為管內外面積比; ri , r0為管內、外表面的污垢系數( (m2·K) / W) ;λ為管壁導熱率(W/ (m·K) ) ;η為肋化效率; di , d0為管子內/ 外徑(m) 。對于制冷量Q0 =2. 67 kW 的制冷系統(tǒng),經過結構改進,其熱力性能計算結果如表1 所示。
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二、加強管內流體流動,管內壁加工變螺距內螺紋。
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1、設計原理
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2、變間距內螺紋翅片管結構示意圖及對比計算對等間距內螺紋翅片管換熱器管內螺紋進行改進,由于管內有規(guī)則、連續(xù)的凸肋和凹槽發(fā)生改變,使之內表面積比等間距增大8. 4 %,傳熱系數增大3. 82 %,管內換熱系數也增加了4. 89 %。等間距與變間距內螺紋管結構示意圖如圖3、圖4 所 式中: f m為單位管長管子平均面積(m2 ) ; f i為單位管長管子內面積(m2) ; f 2為單位管長管子總外表面積(m2) ;αi為管內對流換熱系數(W/ (m2· K) ) ;αw 為管外對流換熱系數(W/ (m2· K) ) 。
對于汽車空調系統(tǒng),當負荷Q0 = 4 kW ,其熱力性能計算結果如表2 所示。
翅片管的傳熱系數受到翅片結構(翅高、翅厚、翅片間距) 、翅片材質、管內側換熱系數的綜合影響。本文我們將通過試驗研究的方法,分別對結構基本相同的鋁翅片和黃銅翅片的兩個套片式換熱器試件進行試驗。分析翅片材質對于套片式換熱器傳熱性能與空氣流動阻力性能的影響,本文實驗結果表明:銅翅片換熱器優(yōu)勢明顯。
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。
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