以下是:河北省唐山市翅片管散熱器多年老廠的產品參數
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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。
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。
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
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構進行改進與優化設計,然后對其換熱性能與改進前換熱器進行對比計算,結果是改進后的換熱器的傳熱系數得到了提高。
一、調整換熱器的翅片間距,設計成為變翅片間距。
1、設計原理
當氣流通過蒸發器時,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霜量是遞減的,如果采取變片距結構,可以在結霜條件下保持其較高的傳熱效率,并延長其沖霜時間。當蒸發器采用變翅片間距結構時,實際上已構成了翅片的錯列分布,當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、變翅片間距的結構示意圖及對比計算
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 。
由于該結構形式實際為錯列翅片,當流體縱掠翅片時,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,當氣流流經后幾排管子時,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構改進,冷風機在外形尺寸即高度、寬度和管總長度不變的前提下,在結霜工況下運行時仍可保持較高的傳熱系數,且采用變翅片間距結構的冷風機比等翅片間距結構冷風機的傳熱系數提高了9. 8 % ,且傳熱面積有所提高,通過提高傳熱系數和傳熱面積從而達到強化傳熱的目的(圖2) 。
對于翅片管式換熱器,其傳熱系數的計算采用下列公式。式中: hi ,h0為管內制冷劑和管外空氣側換熱系數(W/(m2·K) ) ; Fi, F0 為管內、外面積( m2 ) ; β為管內外面積比; ri , r0為管內、外表面的污垢系數( (m2·K) / W) ;λ為管壁導熱率(W/ (m·K) ) ;η為肋化效率; di , d0為管子內/ 外徑(m) 。對于制冷量Q0 =2. 67 kW 的制冷系統,經過結構改進,其熱力性能計算結果如表1 所示。
二、加強管內流體流動,管內壁加工變螺距內螺紋。
1、設計原理
2、變間距內螺紋翅片管結構示意圖及對比計算對等間距內螺紋翅片管換熱器管內螺紋進行改進,由于管內有規則、連續的凸肋和凹槽發生改變,使之內表面積比等間距增大8. 4 %,傳熱系數增大3. 82 %,管內換熱系數也增加了4. 89 %。等間距與變間距內螺紋管結構示意圖如圖3、圖4 所 式中: f m為單位管長管子平均面積(m2 ) ; f i為單位管長管子內面積(m2) ; f 2為單位管長管子總外表面積(m2) ;αi為管內對流換熱系數(W/ (m2· K) ) ;αw 為管外對流換熱系數(W/ (m2· K) ) 。
對于汽車空調系統,當負荷Q0 = 4 kW ,其熱力性能計算結果如表2 所示。
這幾年，小管徑在空調器中應用較多，它不僅降低了成本，而且降低了易燃工質如R290的爆炸風險，但與此同時，小管徑的應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器具有良好的性能，我們今天來分享下關于小管徑翅片管換熱器的優化設計方法。
步驟4：換熱器性能測試
圖7（a）和（b）分別為優5 mm 管翅片換熱器的換熱量和空氣壓降測試結果。本文僅展示優5 mm 管翅片換熱器的測試結果。為了開發關聯式，研究中還加工并測試了其他結構的5 mm 管翅片換熱器。
基于大量的5 mm 管翅片蒸發器的實驗結果，采用多重線性回歸方法，開發了小管徑換熱器性能的預測關聯式；并在制冷劑流路設計中，采用了所開發的5 mm 管翅片蒸發器性能的預測關聯式。
2、制冷劑流路設計結果
根據翅片結構的設計結果，原始空調器和優化空調器的結構參數見表3。通過基于仿真設計的方法，得出小管徑室內機換熱器及室外機換熱器的換熱量。從圖8（a）可知：采用5 mm 管換熱器的室內機換熱器與室外機換熱器的換熱量與圖8（b）所示的原始空調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機的制冷劑充注量比原始室內機減少30%， 總充注量可以減少27%。
翅片管束1什么是翅片管束？
由多支翅片管按一定規律排列起來而組成的換熱單元叫翅片管束。一個翅片管換熱器可以由一個或多個翅片管束組成。
2翅片管束的結構組成包括？
翅片管（多支）：傳熱的基本元件。
管箱（集箱）或管板：連接翅片管兩端的箱體，彎管或鋼板。當翅片管與箱體或管板連接以后，翅片管之間的間距也就固定了，同時，管箱使管內的流體形成了連續的流道。
構架：使整個翅片管束得以支撐和固定。
3翅片管的排列方式？ 在一個管束中，翅片管排列方式的選取是致關重要的。有兩種排列方式：叉排和順排。
所謂叉排，是指在氣流方向管子交叉排列，而順排是指在氣流方向管子順序排列。
順排和叉排的優缺點：
順排：流體管外繞流時，受到的擾動較小，換熱系數較低，但優點是阻力小。
叉排：流體管外繞流時，受到的擾動較大，換熱系數較高，但缺點是阻力大。
當對阻力降沒有嚴格限制時，應叉排排列；當要求的阻力降很小時，應選取順排方案。
4管箱的結構形式
如果說管束的排列形式（順排或叉排，及管間距的選取）主要是考慮管外流體的換熱要求而確定的話，那么管箱的形式和結構則主要是考慮管內流體的壓力和換熱要求。
一般應遵循下列原則：
（1）若管內流體的壓力較高，一般選用大直徑的圓管作為管箱。
例如，在鍋爐應用上，幾乎都選用圓管作為管箱。
2）在空冷器應用上，喜歡采用方形箱體。
方形箱體的優點是可以同時連接多排翅片管。當管內是蒸汽的凝結時，需要有大的蒸汽空間，一個管箱與多排管子相連是必要的。
（3）當管內流體的進出口溫度相差很大時，管箱可能會因為管排的熱膨脹不同而變形，這時，宜采用分解式管箱。
4）除了管束的排和后排，必須采用相應的管箱連接之外，其它各排好用彎管一對一連接。其優點在于：
能提高換熱效率。理論證明，一對一連接能避免各排管流體的摻混，而流體的摻混使傳熱溫差和傳熱效率降低。
能減少流體的流動阻力。因為一對一連接保證了流動截面積不變，避免了流體不斷地膨脹和收縮。
彎管能“吸收”熱膨脹而產生的變形。
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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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