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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(kuò)大的倍數(shù)；η為翅片效率，是小于1的數(shù)；
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。對強制循環(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),但流動阻力也相應(yīng)增大,因此通過增大流體的流速以增強傳熱系數(shù)K 有一定的限度。此外增強傳熱可通過增加傳熱面積實現(xiàn),但增加傳熱面積不應(yīng)靠加大整體設(shè)備的尺寸來實現(xiàn),而應(yīng)從設(shè)備的自身結(jié)構(gòu)來考慮。
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,它是通過附加肋片擴(kuò)大傳熱面積來減少對流換熱熱阻,從而達(dá)到強化傳熱的目的。
可通過下列途徑來增大設(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化方面主要是異型管的開發(fā),從而達(dá)到增加傳熱面積的目的。異型管的種類包括螺旋槽紋管、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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翅片管束1什么是翅片管束？
由多支翅片管按一定規(guī)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(nèi)的流體形成了連續(xù)的流道。
構(gòu)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(guān)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(yōu)缺點：
順排：流體管外繞流時，受到的擾動較小，換熱系數(shù)較低，但優(yōu)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(shù)較高，但缺點是阻力大。
當(dāng)對阻力降沒有嚴(yán)格限制時，應(yīng)叉排排列；當(dāng)要求的阻力降很小時，應(yīng)選取順排方案。
4管箱的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)則主要是考慮管內(nèi)流體的壓力和換熱要求。
一般應(yīng)遵循下列原則：
（1）若管內(nèi)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(yīng)用上，幾乎都選用圓管作為管箱。
2）在空冷器應(yīng)用上，喜歡采用方形箱體。
方形箱體的優(yōu)點是可以同時連接多排翅片管。當(dāng)管內(nèi)是蒸汽的凝結(jié)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(dāng)管內(nèi)流體的進(jìn)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(yīng)的管箱連接之外，其它各排好用彎管一對一連接。其優(yōu)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(chǎn)生的變形。
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