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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(jié)構(gòu)進行改進與優(yōu)化設(shè)計,然后對其換熱性能與改進前換熱器進行對比計算,結(jié)果是改進后的換熱器的傳熱系數(shù)得到了提高。
一、調(diào)整換熱器的翅片間距,設(shè)計成為變翅片間距。
1、設(shè)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(jié)霜量是遞減的,如果采取變片距結(jié)構(gòu),可以在結(jié)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(jié)構(gòu)時,實際上已構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(chǔ)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(jié)構(gòu)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(jié)霜工況下運行時仍可保持較高的傳熱系數(shù),且采用變翅片間距結(jié)構(gòu)的冷風機比等翅片間距結(jié)構(gòu)冷風機的傳熱系數(shù)提高了9. 8 % ,且傳熱面積有所提高,通過提高傳熱系數(shù)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(shù)的計算采用下列公式。式中: hi ,h0為管內(nèi)制冷劑和管外空氣側(cè)換熱系數(shù)(W/(m2·K) ) ; Fi, F0 為管內(nèi)、外面積( m2 ) ; β為管內(nèi)外面積比; ri , r0為管內(nèi)、外表面的污垢系數(shù)( (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(nèi)/ 外徑(m) 。對于制冷量Q0 =2. 67 kW 的制冷系統(tǒng),經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進,其熱力性能計算結(jié)果如表1 所示。
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二、加強管內(nèi)流體流動,管內(nèi)壁加工變螺距內(nèi)螺紋。
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1、設(shè)計原理
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2、變間距內(nèi)螺紋翅片管結(jié)構(gòu)示意圖及對比計算對等間距內(nèi)螺紋翅片管換熱器管內(nèi)螺紋進行改進,由于管內(nèi)有規(guī)則、連續(xù)的凸肋和凹槽發(fā)生改變,使之內(nèi)表面積比等間距增大8. 4 %,傳熱系數(shù)增大3. 82 %,管內(nèi)換熱系數(shù)也增加了4. 89 %。等間距與變間距內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)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(nèi)面積(m2) ; f 2為單位管長管子總外表面積(m2) ;αi為管內(nèi)對流換熱系數(shù)(W/ (m2· K) ) ;αw 為管外對流換熱系數(shù)(W/ (m2· K) ) 。
對于汽車空調(diào)系統(tǒng),當負荷Q0 = 4 kW ,其熱力性能計算結(jié)果如表2 所示。
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(nèi)表面積),從而達到提高換熱效率的目的,這樣一種換熱管。
基本內(nèi)容
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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(nèi)表面積),從而達到提高換熱效率的目的,這樣一種換熱管。
分類1,按翅片結(jié)構(gòu)特點劃分
根據(jù)翅形的形狀和構(gòu)造,翅片管可分為以下種類:方翅管(Square finned tube)、螺旋翅片管(spiral finned tube) 、縱向翅片管(Longitudinal Finned Tube)等、螺旋鋸齒狀翅片管(Helical Serrated Finned Tubes)、內(nèi)翅片管(inner finned tube) ,
2,根據(jù)翅片管的翅片材質(zhì)是否與管體材質(zhì)相同可分為單金屬翅片管和雙金屬復合翅片管。
3, 按翅片管的不同加工工藝,翅片管可分為: 軋制成型翅片管(extruded fin tube)、焊接成型翅片管、 滾壓成型翅片管、 套裝成型翅片管。
主要性能要求翅片管作為換熱元件,長期工作于高溫煙氣的工況下,比如鍋爐換熱器用翅片管使用環(huán)境惡劣,高溫高壓且處于腐蝕性氣氛,這要求翅片管應具有很高的性能指標。
1) 防腐性能(Anti-corrosion)
2) 耐磨性能(Anti-wear)
3) 低的接觸熱阻(lower contact resistance)
4) 高的穩(wěn)定性(Higher Stability)
5) 防積灰能力
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