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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據:其中,h的數值也可看作未加翅片時光管的對流換熱數值,當流速從1㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)時,h的數值可從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,當流速從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,還應考慮到,流速是不允許隨意增加的,流速過高會導致流動阻力的急劇上升,增加運行成本。
【問題2】關于傳熱公式問:傳熱公式Q = A K△T與其他局部過程的換熱計算式的區別在哪兒,傳熱公式有什么優點?
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ho?問:既然傳熱系數K與三個局部過程的特性有關: 答:這是因為翅片側的“熱阻”大,唯有它對整個傳熱過程起到“控制”作用。在翅片管傳熱的應用條件下,假定管內是水的單相流動或水的相變過程(沸騰或凝結),管內的換熱系數hi在5000~10000之間,而管外翅片側的換熱系數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K的數值總是接近ho的數值,且總是小于ho的數值
【問題4】掌握翅片換熱器設計應牢記什么?下面幾個簡單的概念或基本公式是應該記住的,這對掌握翅片管換熱器的設計方法是至關重要的。
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計,還是對翅片管換熱器的設計,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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翅片管式換熱器總傳熱計算
采用平壁導熱計算公式,總傳熱計算方程:
二:翅片效率簡化計算前提
( l )翅片材料的導熱系數為常數;
( 2 )翅片厚度遠小于翅片高度與翅片寬度;
( 3 )翅基溫度、翅周圍介質溫度、翅表面與周圍介質的對流傳熱系數均為常數;
( 4 )翅端絕熱。
三:翅片管束的換熱和流動阻力
由于空氣側或煙氣側的換熱系數很低,因此我們一般采用翅片管。此外,當流體流過翅片管束時,須克服一定的流動阻力,因而會產生壓力降△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該關注的問題。
1 .流體繞流翅片管束時的管外換熱系數
換熱系數是指當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不同,因而其換熱系數的計算式是不同的。
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順排流動叉排流動所有翅片管束管外換熱系數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,因而所得出的結果又叫實驗關聯式。不同研究者進行的實驗可能會得出形式上不同的實驗關聯式,但在同一條件下的計算結果應該是相近的。我們的任務就是選擇信得過的關聯式進行計算。
這里 Briggs和 Young 的實驗關聯式。他們曾對十多種環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 分別為流體的導熱系數,粘度系數和普朗特數。
根據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 h 大的因素是流速,與 Gmax 的0.718次方成正比。如何應用這一關聯式進行計算,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, f 是摩擦系數,是一個無因次數。對于按等邊三角形排列的管束,由下面的實驗關聯式計算:
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
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