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浩澤物資有限公司
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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(biāo)“i”代表“內(nèi)部”,角標(biāo)“o”代表“外部”,而角標(biāo) “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(zhǔn)的換熱系數(shù)。之前講述了翅片管外表面為基準(zhǔn)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);
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。
下面舉幾個傳熱過程的實例:
【例1】:一個蒸汽加熱器,用管內(nèi)的蒸汽加熱翅片管外的空氣,這是一個典型的傳熱過程:熱量從管內(nèi)的熱流體(蒸汽的凝結(jié))通過翅片管的管壁傳給冷流體(空氣)。
【例2】:某一翅片管式鍋爐省煤器,熱量從管外流動的高溫?zé)煔馔ㄟ^管壁傳給管內(nèi)的冷流體——水,這也是一個典型的傳熱過程。
【例3】:家用暖氣片,暖氣片內(nèi)流動的是熱水,暖氣片外是室內(nèi)空氣的自然對流。從內(nèi)部的熱水通過暖氣壁面?zhèn)鹘o冷流體——空氣的過程是一個典型的傳熱過程。
應(yīng)當(dāng)指出,在穩(wěn)定狀態(tài)下,傳熱量Q在任一分過程中保持同一數(shù)值,即傳入的Q值等于傳出的Q值。所謂穩(wěn)定狀態(tài),是指系統(tǒng)和設(shè)備的各點溫度不隨時間而變化時的狀態(tài)。
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