以下是:福建省漳州市螺旋翅片管采購的產(chǎn)品參數(shù)
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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(yīng)變成同溫同壓的混合介質(zhì)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(dāng)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(dāng)冷流體流過時,蓄熱體因放出熱量溫度逐漸降低,如此反復(fù)進行。
翅片管式換熱器總傳熱計算
采用平壁導(dǎo)熱計算公式，總傳熱計算方程：
二：翅片效率簡化計算前提
( l ）翅片材料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；
( 2 ）翅片厚度遠小于翅片高度與翅片寬度；
( 3 ）翅基溫度、翅周圍介質(zhì)溫度、翅表面與周圍介質(zhì)的對流傳熱系數(shù)均為常數(shù)；
( 4 ）翅端絕熱。
由于空氣側(cè)或煙氣側(cè)的換熱系數(shù)很低，因此我們一般采用翅片管。此外，當(dāng)流體流過翅片管束時，須克服一定的流動阻力，因而會產(chǎn)生壓力降△P ，壓力降越大，說明消耗的動力越大。所以壓力降的計算也是一個應(yīng)該關(guān)注的問題。
1 ．流體繞流翅片管束時的管外換熱系數(shù)
換熱系數(shù)是指當(dāng)流體流過固體壁面時，單位時間，單位面積，單位溫差時的換熱量。應(yīng)注意，這兒說的單位溫差是指固體壁面和流體之間的溫差。換熱系數(shù)我們用 h 來表示，其單位是： W /（㎡.℃）。翅片管的排列有順排和叉排之分，由于順排和叉排時流體的流動狀態(tài)不同，因而其換熱系數(shù)的計算式是不同的。
順排流動叉排流動所有翅片管束管外換熱系數(shù)的計算式都是由實驗得出來的，實驗中要考慮很多因素的影響，因而所得出的結(jié)果又叫實驗關(guān)聯(lián)式。不同研究者進行的實驗可能會得出形式上不同的實驗關(guān)聯(lián)式，但在同一條件下的計算結(jié)果應(yīng)該是相近的。我們的任務(wù)就是選擇信得過的關(guān)聯(lián)式進行計算。
這里 Briggs和 Young 的實驗關(guān)聯(lián)式。他們曾對十多種環(huán)形翅片管束進行了實驗研究，所有的實驗管束都是叉排排列，管心距呈等邊三角形布置。其標準誤差在5％左右。下面只介紹對于高翅片管束的實驗結(jié)果：
式中，
df , db ：翅片外徑和基管直徑；
Y , H ：翅片間隙和高度；
入，μ和 Pr 分別為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，粘度系數(shù)和普朗特數(shù)。
根據(jù)流體溫度查流體物性表得到；式中的 Gmax 是流體在窄截面處的質(zhì)量流速，單位是 Kg /（㎡.s) . 所謂窄截面是指相鄰兩翅片管之間夾縫中的截面。由上式可知，影響換熱系數(shù) h 大的因素是流速，與 Gmax 的0.718次方成正比。如何應(yīng)用這一關(guān)聯(lián)式進行計算，后面將通過一個例題加以說明。
2．流體繞流翅片管束的流動阻力
Robinson 和 Briggs 對十多種叉排環(huán)形翅片管束進行了等溫條件下的流動阻力測試。實驗范圍是：
上式中， K 是縱向管排數(shù)， f 是摩擦系數(shù)，是一個無因次數(shù)。對于按等邊三角形排列的管束，由下面的實驗關(guān)聯(lián)式計算：
由上兩式可見，影響翅片管束壓力降△P的主要因素是：
是流速，與Gmax的2-0 .316 =1 . 684次方成正比；
第二是管間距，幾乎與 Pt 的一次方成反比。
所以，為了降低阻力，可以選用較大的管問距和降低流體的流
在激烈的 翅片管市場競爭中，憑借良好的合作關(guān)系公司茁壯發(fā)展，在持續(xù)改進、追求卓越不斷進取、不斷滿足的信念，福建漳州浩澤物資有限公司在不斷創(chuàng)新中求發(fā)展，個人靠創(chuàng)新精神求進步，日積月累，量變到質(zhì)變，每天的一小步，就是企業(yè)將來的一大步，點滴的匯集，使公司成長的實力雄厚的 翅片管企業(yè)。 公司可為用戶訂做各種特殊規(guī)格，特種材質(zhì) 翅片管，交貨及時，價格低，質(zhì)量優(yōu)，節(jié)假日照常營業(yè)、并可汽運、火運，量大可以在廠直接發(fā)貨。
翅片管的傳熱過程
這兒講的“傳熱”不是通俗的對傳熱現(xiàn)象的一般稱呼，而是一個專有名詞。傳熱的定義是：熱量從熱流體經(jīng)過管壁傳給冷流體的過程。如下一小節(jié)的附圖所示。傳熱過程由三個分過程組成：過程1：
熱量Q（W或KW）由熱流體傳給管壁（管內(nèi)壁），這一過程屬“對流換熱”，其對流換熱系數(shù)為hi (W/（㎡·oC)）。（此后,角標“i”代表“內(nèi)部”，角標“o”代表“外部”，而角標 “w”代表管壁。），這一對流換熱過程對應(yīng)的溫差為（Ti-Twi）,此處，Ti為管內(nèi)流體溫度，Twi為管內(nèi)壁溫度。
過程2：熱量Q從管子內(nèi)表面?zhèn)鹘o管外表面，因為熱量是在固體內(nèi)部傳遞，這一過程叫“導(dǎo)熱” 或“熱傳導(dǎo)”。此過程對應(yīng)的溫差為（Twi- Two）。
程3：熱量Q從管外表面?zhèn)鹘o管外冷流體的過程。這一過程屬“對流換熱”，對應(yīng)的溫差為(Two- To), 其對流換熱系數(shù)為h o . 應(yīng)當(dāng)指出的是，此處，Two是基管的外表面溫度，因此，ho是以基管外表面積為基準的換熱系數(shù)。之前講述了翅片管外表面為基準的換熱系數(shù)h 的計算。兩個換熱系數(shù)ho和h的換算關(guān)系：ho= h×β×η
式中，β為翅化比，即加翅片后面積擴大的倍數(shù)；η為翅片效率，是小于1的數(shù)；
對于燃氣熱水器，換熱器管子外側(cè)流動的是高溫?zé)煔猓瑑?nèi)側(cè)流動的是冷水。試驗表明，煙氣側(cè)的熱阻明顯高于水側(cè)的熱阻，因此通常在管子表面設(shè)置翅片增加換熱面積，以提高換熱效率。目前，常用的翅片管束主要分為3類：單管外翅片管束，單根圓管外側(cè)加裝翅片所構(gòu)成的翅片管束；連續(xù)翅片管束，在整塊薄金屬板（翅片）上，按管子排列形式（順排、叉排）沖孔，然后用專用設(shè)備將沖孔后的金屬薄板逐片套在圓管上，再采用脹管或釬接方法連接；管帶式翅片管束，由波帶形翅片與扁管相間疊合而成，即在一條波形帶狀翅片的脊背上，沿垂直于氣流方向，貼置若干根扁管，翅片與扁管采用釬接方法連接。本文選取連續(xù)翅片管束，采用CFD軟件，在管子內(nèi)流體為定溫度條件下，對非翅片表面煙氣流道內(nèi)煙氣、翅片表面煙氣的溫度場、速度場進行數(shù)值模擬分析。
1 模擬方法
1.1 控制方程與數(shù)學(xué)模型［1-2］
①控制方程
控制方程包括混合物質(zhì)量守恒方程、組分質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程，由于換熱管外煙氣中水分未發(fā)生凝結(jié)，煙氣組成不會發(fā)生變化，因此不需考慮組分質(zhì)量守恒方程。
1.2 物理模型
燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庀蛏蠜_刷翅片管束，通過對流傳熱將熱量傳遞給管子內(nèi)的冷水。對非翅片表面煙氣流道內(nèi)煙氣與翅片表面煙氣的溫度場、速度場進行數(shù)值模擬分析?？紤]到計算的時間與成本，數(shù)值模擬只針對單個連續(xù)翅片進行研究，計算區(qū)域?qū)挕粮摺梁駷?26.4 mm×219.0 mm×2.7 mm，管子直徑為14.5 mm，翅片厚度為0.3 mm，忽略管子壁厚，管子上方的翅片有沖孔。采用Cero軟件（三維設(shè)計制圖軟件）建立物理模型（見圖1），并采用Gambit軟件對物理模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格生成后，用網(wǎng)格檢查器檢查網(wǎng)格的質(zhì)量，劃分網(wǎng)格后的物理模型見圖2，網(wǎng)格數(shù)量為719 625 個
1.3 邊界條件
①入口邊界條件
入口為速度邊界，在FLUENT軟件中定義速度邊界的方法有3種：種是將速度視為速率的值與一個單位方向矢量的乘積，然后通過定義速率的值和方向矢量分量來定義速度邊界；第二種是將速度視為3個坐標方向上的分量的矢量和，然后通過分別給定3個分量大小來定義速度邊界；第三種是設(shè)定速度垂直于邊界面，然后給定速率的值就可以定義速度邊界。
由于煙氣流動方向與物理模型底面垂直，因此采用第三種定義速度邊界的方法。煙氣的進口速度為4.215 m/s，溫度為1 250 K，湍流強度為3%，煙氣的組成見表1。
②出口邊界條件
出口邊界條件為壓力邊界條件，出口壓力（表壓）設(shè)置為0。物理模型出口湍流強度為3%。
③壁面熱邊界條件
物理模型外壁面選用對稱壁面邊界條件，無熱流，無氣流，管子內(nèi)壁面選用流固耦合熱邊界條件。
④管內(nèi)流體條件
管內(nèi)流體溫度設(shè)定為350 K。
2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
2.1 煙氣溫度分布
非翅片表面煙氣流道內(nèi)煙氣溫度分布見圖3，翅片表面煙氣溫度分布見圖4。由圖3可知，非翅片表面煙氣流道底部煙氣溫度為1 250 K，煙氣流過管子時溫度下降，出口煙氣溫度分布比較均勻，分布范圍為500~750 K。由圖4可知，翅片表面煙氣溫度分布基本對稱，管子周圍的煙氣溫度低（為505 K），翅片邊緣的煙氣溫度高（為590 K）。由圖3、4可知，在管子錯排布置條件下，煙氣與管子能夠?qū)崿F(xiàn)較好的換熱。煙氣流道出口處煙氣溫度的分布比較均勻，對后續(xù)的煙氣處理也非常有利。文獻［3］的研究表明，與順排布置相比，管子錯排布置可大幅改善煙氣與管子傳熱條件下的流動工況，增強了換熱效果。由此可知，模擬結(jié)果與文獻［3］的研究結(jié)果基本一致。2.2 煙氣速度分布非翅片表面煙氣流道內(nèi)煙氣速度分布見圖5。文獻［4-5］研究表明，對于平翅片管束，當(dāng)煙氣繞過管子流動時，管子表面附近易形成很薄的邊界層旋渦區(qū)，流動到管子后部表面分離，伴隨旋渦從管子表面脫落，并在煙氣出口區(qū)域形成紊亂、充滿大小不等旋渦的尾流區(qū)。尾流區(qū)內(nèi)煙氣的循環(huán)流動使得管子周圍煙氣溫度下降速率減緩，此外隨著煙氣沿平翅片表面的平直通道向前流動，邊界層由于無附加擾動而逐漸增厚，使得局部換熱系數(shù)沿程降低。為改善上述問題，可通過在管子上方的翅片沖孔［1］47，破壞尾流區(qū)形成的邊界層，從而改善平翅片管束的換熱環(huán)境，還可降低翅片用料。由圖5可知，管子后部并未形成紊亂、充滿大小不等旋渦的尾流區(qū)。
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