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翅片管束1什么是翅片管束?
由多支翅片管按一定規律排列起來而組成的換熱單元叫翅片管束。一個翅片管換熱器可以由一個或多個翅片管束組成。
2翅片管束的結構組成包括?
翅片管(多支):傳熱的基本元件。
管箱(集箱)或管板:連接翅片管兩端的箱體,彎管或鋼板。當翅片管與箱體或管板連接以后,翅片管之間的間距也就固定了,同時,管箱使管內的流體形成了連續的流道。
構架:使整個翅片管束得以支撐和固定。
3翅片管的排列方式? 在一個管束中,翅片管排列方式的選取是致關重要的。有兩種排列方式:叉排和順排。
所謂叉排,是指在氣流方向管子交叉排列,而順排是指在氣流方向管子順序排列。
順排和叉排的優缺點:
順排:流體管外繞流時,受到的擾動較小,換熱系數較低,但優點是阻力小。
叉排:流體管外繞流時,受到的擾動較大,換熱系數較高,但缺點是阻力大。
當對阻力降沒有嚴格限制時,應叉排排列;當要求的阻力降很小時,應選取順排方案。
4管箱的結構形式
如果說管束的排列形式(順排或叉排,及管間距的選取)主要是考慮管外流體的換熱要求而確定的話,那么管箱的形式和結構則主要是考慮管內流體的壓力和換熱要求。
一般應遵循下列原則:
(1)若管內流體的壓力較高,一般選用大直徑的圓管作為管箱。
例如,在鍋爐應用上,幾乎都選用圓管作為管箱。
2)在空冷器應用上,喜歡采用方形箱體。
方形箱體的優點是可以同時連接多排翅片管。當管內是蒸汽的凝結時,需要有大的蒸汽空間,一個管箱與多排管子相連是必要的。
(3)當管內流體的進出口溫度相差很大時,管箱可能會因為管排的熱膨脹不同而變形,這時,宜采用分解式管箱。
4)除了管束的排和后排,必須采用相應的管箱連接之外,其它各排好用彎管一對一連接。其優點在于:
能提高換熱效率。理論證明,一對一連接能避免各排管流體的摻混,而流體的摻混使傳熱溫差和傳熱效率降低。
能減少流體的流動阻力。因為一對一連接保證了流動截面積不變,避免了流體不斷地膨脹和收縮。
彎管能“吸收”熱膨脹而產生的變形。
空冷式冷凝器
空冷式冷凝器也稱風冷式冷凝器,制冷劑在管內冷凝,制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這種冷凝器中有自然對流空氣冷卻式冷凝器和強制對流空氣冷卻式冷凝器。由于空氣的對流傳熱系數很低(25~35 W/m·2K),空冷式冷凝器的傳熱效率不如水冷式,冷凝溫度與冷凝壓力均較高。
另外,在換熱負荷一定的情況下,空冷式冷凝器所需傳熱面積比水冷式冷凝器大,故而設備體積和質量均龐大,占地大。但是可冷熱兩用,初投資低,系統維護管理相對簡單。空冷式冷凝器在工程實際中的應用十分廣泛,既可用于制冷系統,也廣泛應用于空調系統。其大的優點是不需冷卻水,因此特別適用于缺水地區或者供水困難的場合,在小型制冷空調領域應用尤為廣泛。
3)蒸發式冷凝器
蒸發式冷凝器是以蒸發冷凝和顯熱交換為基礎,制冷劑放出的熱量同時由冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內流動,冷卻水在管外噴淋蒸發時吸收氣化潛熱,使管內制冷劑冷卻和冷凝。蒸發式冷凝器中,省去了冷卻水在冷凝器中的顯熱傳遞階段,使冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度,可比水冷式冷凝器系統低3~5℃,從而大大降低壓縮機的功耗,耗水量只有水冷式冷凝器系統的1/3左右。
我國蒸發式冷凝器的開發和應用相對滯后,以往多應用于大型的氨制冷系統。近年來,由于電力資源緊張和水資源匱乏,蒸發式冷凝器作為一種節能節水型換熱設備,其研究和應用得到了廣泛重視,促進了蒸發式冷凝器產品技術的成熟和進一步應用。目前,已有一些生產廠家在結構上對其進行了完善,使之應用于中央空調機組。
對于那些需要進行控制的冷凍空調系統和運行環境惡劣的場合,蒸發式冷凝器更容易滿足工藝控制要求。工程應用表明,采用該產品替代傳統的“水冷式冷凝器+涼水塔”方式,增加的初投資一般能在一年左右即可收回,經濟效益明顯。
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2、冷凝器中常用的強化傳熱翅片管
傳熱過程是熱量從一種流體通過固體壁面傳給另一種流體的過程。工程實際中,強化換熱器的換熱性能主要從強化兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱過程入手。常用的強化傳熱技術有:
(1)表面涂層;
(2)粗糙表面;
(3)擴展表面;
(4)各種內外螺紋管;
(5)擾流元件;
(6)添加物;
(7)沖擊傳熱。在各種強化傳熱技術中,在壁面上加裝翅片,作為增強傳熱的一個主要手段,在工程中得到廣泛應用。翅片管式換熱器具有傳熱、結構緊湊等特點,已被廣泛地應用于制冷空調裝置、航空航天設備、太陽能集熱器和電子設備等各個領域中。在冷凝器中的應用尤為普遍。
翅片管的種類很多,而且還在不斷涌現新的品種,在這方面的研究也較多[4~6]。大體上可按加工工藝、翅片形狀、材質、用途等幾個方面對翅片管進行分類。在冷凝器中,常用的翅片管有以下幾種形式。
1)內螺紋管
2)整體型螺旋翅片管
3)螺旋槽管
螺紋類翅片管、套片式翅片管、波紋管、螺旋扭曲管、螺旋繞片管等傳熱元件在冷凝器中得到了廣泛的應用,傳熱效果得到了顯著提高。除此之外,新齒形傳熱管還在不斷出現。與光管相比,它們具有下述共同特點:
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(1)不同形狀的翅片均可使傳熱壁面變得粗糙,從而破壞靜止的層流邊界層,提高對流換熱系數,使換熱得到不同程度的強化;
(2)在負荷一定的條件下,冷凝器所需面積可大大減小;
(3)根據大多數人的常識,粗糙的翅片管表面容易引起結垢;事實上,由于粗糙表面引起的紊流破壞了靜止的附面層,會使污垢難于附著;即使有污垢附著,污垢也呈現離散的鱗片狀,設備運行中溫度的變化使管子發生膨脹和收縮,會因污垢與管壁材料間的脹差巨大而引起剝離,在介質的沖擊下自行脫落。而光管垢層為圓柱體,無任何自脫力。因此,翅片管的結垢情況并不比光管嚴重多少。
冷凝器的應用范圍十分廣闊,特別是在制冷空調系統中。冷凝器作為主要的傳熱設備之一,其性能的好壞直接影響到裝置的總體工作性能。因此,冷凝器傳熱過程的強化得到了越來越廣泛的重視。
為了提高冷凝設備的整體性能,通過管子形狀或表面性質的改造來強化傳熱過程以提高冷凝器的效率,已成為國內外冷凝器發展的一種趨勢。柏恩翅片管換熱器所采用的緊湊型串片式管片系統,它是一種新型的傳熱元件。其獨特的片型結構和加工工藝流程,使得空冷器產品具有更加緊湊的外形尺寸,更高的換熱效率和更輕的重要。
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