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在換熱器中,很多時(shí)候傳熱兩側(cè)流體的換熱系數(shù)大小不平衡,通常我們會(huì)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(tīng)老工程師為大家講一講。(末尾有實(shí)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(kuò)展,而形成一種獨(dú)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(qiáng)換熱。
什么情況時(shí),選用翅片管呢?
云南怒江浩澤物資有限公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、施工及售后服務(wù)于一體的穩(wěn)步快速發(fā)展的專(zhuān)業(yè)化 翅片管廠家,總部設(shè)立于大東鋼管產(chǎn)業(yè)園。在打造 翅片管品牌文化的同時(shí),公司堅(jiān)持用企業(yè)文化企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力,使企業(yè)在發(fā)展中樹(shù)立起良好的社會(huì)形象?!靶羞h(yuǎn)必自邇、追求無(wú)止境”,始終堅(jiān)持質(zhì)量穩(wěn)定、服務(wù)周到、全程一體化服務(wù)于全國(guó)各地 翅片管消費(fèi)者。
這幾年,小管徑在空調(diào)器中應(yīng)用較多,它不僅降低了成本,而且降低了易燃工質(zhì)如R290的爆炸風(fēng)險(xiǎn),但與此同時(shí),小管徑的應(yīng)用也減少了換熱面積,使得空氣壓降增加。
因此,為了保證采用小管徑換熱器的空調(diào)器具有良好的性能,我們今天來(lái)分享下關(guān)于小管徑翅片管換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
步驟4:換熱器性能測(cè)試
圖7(a)和(b)分別為優(yōu)5 mm 管翅片換熱器的換熱量和空氣壓降測(cè)試結(jié)果。本文僅展示優(yōu)5 mm 管翅片換熱器的測(cè)試結(jié)果。為了開(kāi)發(fā)關(guān)聯(lián)式,研究中還加工并測(cè)試了其他結(jié)構(gòu)的5 mm 管翅片換熱器。
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基于大量的5 mm 管翅片蒸發(fā)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用多重線性回歸方法,開(kāi)發(fā)了小管徑換熱器性能的預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)式;并在制冷劑流路設(shè)計(jì)中,采用了所開(kāi)發(fā)的5 mm 管翅片蒸發(fā)器性能的預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)式。
2、制冷劑流路設(shè)計(jì)結(jié)果
根據(jù)翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果,原始空調(diào)器和優(yōu)化空調(diào)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表3。通過(guò)基于仿真設(shè)計(jì)的方法,得出小管徑室內(nèi)機(jī)換熱器及室外機(jī)換熱器的換熱量。從圖8(a)可知:采用5 mm 管換熱器的室內(nèi)機(jī)換熱器與室外機(jī)換熱器的換熱量與圖8(b)所示的原始空調(diào)器的換熱量幾乎相等。由圖8(b)可知:采用小管徑換熱器的室內(nèi)機(jī)的制冷劑充注量比原始室內(nèi)機(jī)減少30%, 總充注量可以減少27%。
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【問(wèn)題1】增加對(duì)流換熱一定要用翅片嗎?
問(wèn):用增加流速的辦法也可以有效地增加管外側(cè)的對(duì)流換熱,難道一定要用翅片管嗎?
答:是的,一定要用翅片管。因?yàn)橛迷黾恿魉俚霓k法對(duì)增大對(duì)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(qiáng)傳熱。請(qǐng)注意上面表格中每一個(gè)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(shí)光管的對(duì)流換熱數(shù)值,當(dāng)流速?gòu)?㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)時(shí),h的數(shù)值可從25 w/(㎡·℃)左右增加至70 w/(㎡·℃)以上,看起來(lái)流速增加的效果是顯著的。但請(qǐng)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?gòu)?㎏/(㎡S)增至4㎏/(㎡S)時(shí),ho將從150 w/(㎡·℃)左右增加至400 w/(㎡·℃)。由此可見(jiàn),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(guò)高會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力的急劇上升,增加運(yùn)行成本。
【問(wèn)題2】關(guān)于傳熱公式問(wèn):傳熱公式Q = A K△T與其他局部過(guò)程的換熱計(jì)算式的區(qū)別在哪兒,傳熱公式有什么優(yōu)點(diǎn)?
答:傳熱公式是基于從熱流體到冷流體的整個(gè)傳熱過(guò)程推導(dǎo)出來(lái)的,而局部的換熱計(jì)算式,如管外部的對(duì)流換熱式Q=A ho (Two-To)僅適用于這一特定的局部換熱過(guò)程。
傳熱公式的大優(yōu)點(diǎn)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(cè)量和獲取的;而任何一個(gè)局部的換熱式中都包含了壁面溫度(Two或 Twi)。壁面溫度的測(cè)量是很困難的,在一個(gè)大的換熱設(shè)備中,要測(cè)量、獲取它的壁面平均溫度幾乎是不可能的。
【問(wèn)題3】為什么要重視換熱系數(shù)ho?問(wèn):既然傳熱系數(shù)K與三個(gè)局部過(guò)程的特性有關(guān): 答:這是因?yàn)槌崞瑐?cè)的“熱阻”大,唯有它對(duì)整個(gè)傳熱過(guò)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(dòng)或水的相變過(guò)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(diǎn)點(diǎn)。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(wèn)題4】掌握翅片換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)牢記什么?下面幾個(gè)簡(jiǎn)單的概念或基本公式是應(yīng)該記住的,這對(duì)掌握翅片管換熱器的設(shè)計(jì)方法是至關(guān)重要的。
1)傳熱過(guò)程是熱量由熱流體通過(guò)管壁傳給冷流體的整個(gè)過(guò)程,它由三個(gè)局部過(guò)程組成。
2)傳熱公式Q = A K△T ,一定要牢記。不論對(duì)所有型式的換熱器的設(shè)計(jì),還是對(duì)翅片管換熱器的設(shè)計(jì),它是形式簡(jiǎn)單,但是重要的公式,它是所有計(jì)算式中的 №1 !
3)之所以稱(chēng)上述公式重要,因?yàn)閾Q熱器的傳熱面積A就是由這一傳熱公式計(jì)算出來(lái)的:
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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(duì)強(qiáng)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(dòng)阻力也相應(yīng)增大,因此通過(guò)增大流體的流速以增強(qiáng)傳熱系數(shù)K 有一定的限度。此外增強(qiáng)傳熱可通過(guò)增加傳熱面積實(shí)現(xiàn),但增加傳熱面積不應(yīng)靠加大整體設(shè)備的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn),而應(yīng)從設(shè)備的自身結(jié)構(gòu)來(lái)考慮。
增加傳熱面積總體上分為兩種途徑:管外表面的擴(kuò)大和管內(nèi)表面積的擴(kuò)大。
目前管外表面積的增加主要是在管外加翅片或擴(kuò)展表面即肋化表面,它是通過(guò)附加肋片擴(kuò)大傳熱面積來(lái)減少對(duì)流換熱熱阻,從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。
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可通過(guò)下列途徑來(lái)增大設(shè)備單位體積的有效傳熱面積:
①傳遞面采用擴(kuò)展面,如在對(duì)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(xiāo)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(qiáng)化方面主要是異型管的開(kāi)發(fā),從而達(dá)到增加傳熱面積的目的。異型管的種類(lèi)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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