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在換熱器中，很多時候傳熱兩側(cè)流體的換熱系數(shù)大小不平衡，通常我們會在換熱系數(shù)小的一側(cè)加裝翅片。這是為什么呢？翅片管又是什么？結(jié)構(gòu)什么樣？應(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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？
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(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 2423.162-1999，選用且空調(diào)中普遍生長的黑曲菌標(biāo)準(zhǔn)菌株(A TCC 16888，第4-5代) 進行人工加速培養(yǎng)。研究選用4個附帶親水層的人字波紋翅片管換熱器，其結(jié)構(gòu)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(cè)表面積的10 %、30 %和60 %，經(jīng)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。
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
當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(rèn)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 。
由于該結(jié)構(gòu)形式實際為錯列翅片,當(dāng)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(dāng)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(fēng)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(fēng)機比等翅片間距結(jié)構(gòu)冷風(fēng)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(dá)到強化傳熱的目的(圖2) 。
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(dǎo)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。
二、加強管內(nèi)流體流動,管內(nèi)壁加工變螺距內(nèi)螺紋。
1、設(shè)計原理
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(dāng)負(fù)荷Q0 = 4 kW ,其熱力性能計算結(jié)果如表2 所示。
提高換熱器換熱性能的途徑傳熱方程是Q = KAΔt，很多研究者研究的主題方向是提高傳熱系數(shù)K。對強制循環(huán)空氣冷卻器,采取有效措施降低空氣側(cè)的傳熱熱阻或在制冷劑側(cè)采用選擇供液方式,控制供液量,或采用傳熱管可明顯提高傳熱系數(shù)。另外提高流體的流速可以增大傳熱系數(shù),但流動阻力也相應(yīng)增大,因此通過增大流體的流速以增強傳熱系數(shù)K 有一定的限度。此外增強傳熱可通過增加傳熱面積實現(xiàn),但增加傳熱面積不應(yīng)靠加大整體設(shè)備的尺寸來實現(xiàn),而應(yīng)從設(shè)備的自身結(jié)構(gòu)來考慮。
增加傳熱面積總體上分為兩種途徑:管外表面的擴大和管內(nèi)表面積的擴大。
目前管外表面積的增加主要是在管外加翅片或擴展表面即肋化表面,它是通過附加肋片擴大傳熱面積來減少對流換熱熱阻,從而達(dá)到強化傳熱的目的。
可通過下列途徑來增大設(shè)備單位體積的有效傳熱面積:
①傳遞面采用擴展面,如在對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的熱傳遞表面上附加翅片、筋片、銷釘?shù)?
②增大原有熱傳遞表面,如將表面處理成憎水性覆蓋層、多孔性覆蓋層、雙波紋狀管等
③在換熱器中管子的強化方面主要是異型管的開發(fā),從而達(dá)到增加傳熱面積的目的。異型管的種類包括螺旋槽紋管、橫紋槽管、縮放管、波節(jié)管、旋流管、粗糙表面管、螺旋扁管。
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