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【問題1】增加對流換熱一定要用翅片嗎?
問:用增加流速的辦法也可以有效地增加管外側(cè)的對流換熱,難道一定要用翅片管嗎?
答:是的,一定要用翅片管。因為用增加流速的辦法對增大對流換熱和傳熱的作用是有限的,而只有采用翅片管才可能大幅度地增強傳熱。請注意上面表格中每一個方框欄中所列舉的數(shù)據(jù):其中,h的數(shù)值也可看作未加翅片時光管的對流換熱數(shù)值,當(dāng)流速從1㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)時,h的數(shù)值可從25 w/(㎡·℃)左右增加至70 w/(㎡·℃)以上,看起來流速增加的效果是顯著的。但請比較ho的變化,ho代表采用翅片以后,換算到光管外表面的換熱系數(shù),當(dāng)流速從1㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)時,ho將從150 w/(㎡·℃)左右增加至400 w/(㎡·℃)。由此可見,翅片的作用是不可替代的。此外,還應(yīng)考慮到,流速是不允許隨意增加的,流速過高會導(dǎo)致流動阻力的急劇上升,增加運行成本。
【問題2】關(guān)于傳熱公式問:傳熱公式Q = A K△T與其他局部過程的換熱計算式的區(qū)別在哪兒,傳熱公式有什么優(yōu)點?
答:傳熱公式是基于從熱流體到冷流體的整個傳熱過程推導(dǎo)出來的,而局部的換熱計算式,如管外部的對流換熱式Q=A ho (Two-To)僅適用于這一特定的局部換熱過程。
傳熱公式的大優(yōu)點在于其傳熱溫差△T=Ti-To是熱流體和冷流體之間的溫度差。眾所周知,流體的溫度是比較容易測量和獲取的;而任何一個局部的換熱式中都包含了壁面溫度(Two或 Twi)。壁面溫度的測量是很困難的,在一個大的換熱設(shè)備中,要測量、獲取它的壁面平均溫度幾乎是不可能的。
【問題3】為什么要重視換熱系數(shù)ho?問:既然傳熱系數(shù)K與三個局部過程的特性有關(guān): 答:這是因為翅片側(cè)的“熱阻”大,唯有它對整個傳熱過程起到“控制”作用。在翅片管傳熱的應(yīng)用條件下,假定管內(nèi)是水的單相流動或水的相變過程(沸騰或凝結(jié)),管內(nèi)的換熱系數(shù)hi在5000~10000之間,而管外翅片側(cè)的換熱系數(shù)ho在150~400之間。兩者相差是很懸殊的。所以其熱阻(1/ho)將起到控制作用,總熱阻僅比它大一點點。因而傳熱系數(shù)K的數(shù)值總是接近ho的數(shù)值,且總是小于ho的數(shù)值
【問題4】掌握翅片換熱器設(shè)計應(yīng)牢記什么?下面幾個簡單的概念或基本公式是應(yīng)該記住的,這對掌握翅片管換熱器的設(shè)計方法是至關(guān)重要的。
1)傳熱過程是熱量由熱流體通過管壁傳給冷流體的整個過程,它由三個局部過程組成。
2)傳熱公式Q = A K△T ,一定要牢記。不論對所有型式的換熱器的設(shè)計,還是對翅片管換熱器的設(shè)計,它是形式簡單,但是重要的公式,它是所有計算式中的 №1 !
3)之所以稱上述公式重要,因為換熱器的傳熱面積A就是由這一傳熱公式計算出來的:
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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(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(jìn)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(jìn)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。
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翅片管的傳熱過程,可用下面的圖解加以說明,并后推出傳熱系數(shù)的定義和表達(dá)式。為了方便討論,將圓管壁面簡化為平壁:對于管內(nèi)為水的流動:hi≈5000 W/(㎡·℃), Ri=1/hi=0.0002 (㎡·℃)/W 設(shè)管壁厚度 δ=0.003m, 導(dǎo)熱系數(shù) λ=40 W/(m·℃ ) (對碳鋼):管外為翅片管,設(shè)基管外表面的換熱系數(shù) ho=200 W/(㎡·℃), 由此可見,管壁導(dǎo)熱熱阻 Rw=δ/λ 很小,約占總熱阻的 1% 左右,可忽略之。為了設(shè)計,對翅片管傳熱,可取 f =0.8~0.9。主要考慮:管面的污垢和積灰是一項附加的熱阻,可使 R總增大,使傳熱系數(shù)有所下降。此外,系數(shù) f 也考慮了管內(nèi)熱阻 Ri 及管壁熱阻 Rw 的影響。一般,f 值可按下表選取管。內(nèi)為水的單相對流時管外有積灰管外無積灰管內(nèi)為水的相變時 (沸騰和凝結(jié))。特殊情況:若管內(nèi)為制冷劑或碳/氫化合物的液體或相變時,可取 f =0.7 4.。
傳熱系數(shù)的估算表
根據(jù)簡化后的傳熱系數(shù) K 的計算式:K=ho×f;
翅片管管外換熱系數(shù)的換算式:ho=h×β×η氣體繞流翅片管束時的換熱系數(shù)和傳熱系數(shù)計算表:
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表中包括了目前常用的翅片管規(guī)格和常見的冷熱流體的情況,與的計算結(jié)果相比,誤差在±10% 左右,是可以接受的。
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