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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：熱量從熱流體經過管壁傳給冷流體的過程。如下一小節的附圖所示。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（管內壁），這一過程屬“對流換熱”，其對流換熱系數為hi (W/（㎡·oC)）。（此后,角標“i”代表“內部”，角標“o”代表“外部”，而角標 “w”代表管壁。），這一對流換熱過程對應的溫差為（Ti-Twi）,此處，Ti為管內流體溫度，Twi為管內壁溫度。
過程2：熱量Q從管子內表面傳給管外表面，因為熱量是在固體內部傳遞，這一過程叫“導熱” 或“熱傳導”。此過程對應的溫差為（Twi- Two）。
程3：熱量Q從管外表面傳給管外冷流體的過程。這一過程屬“對流換熱”，對應的溫差為(Two- To), 其對流換熱系數為h o . 應當指出的是，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的換熱系數。之前講述了翅片管外表面為基準的換熱系數h 的計算。兩個換熱系數ho和h的換算關系：ho= h×β×η
式中，β為翅化比，即加翅片后面積擴大的倍數；η為翅片效率，是小于1的數；
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
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在翅片管和熱管設計的時候，一般翅片管側的換熱和流動是被關注的重點，甚至傳熱系數的計算和取值也主要依賴于翅片側的換熱。這容易造成一種錯覺：管內的流動和換熱似乎是不怎么重要了，似乎在設計中可以不用考慮了。
事實上，這是不對的。我們既要考慮管內的流動和換熱，還要保證管內的流體具有足夠高的換熱系數和合理的流動條件。我們要從如下問題來考慮。
一、翅片管的放置形式
是立放，橫向，還是傾斜放置。如下圖所示，因為只有清楚管子的放置形式才有利于看清楚理解不同情況下管內的相變過程。
二、管內流體管程的考慮
對單相流體（如水），一般應保證管內平均流速在1m/s左右，要通過合理的管程布置來調節管內的流速，所謂管程是指管內流體在換熱器中走幾個來回，管程數目越多，則每個管程“分攤”的管子數目越少，則管內流速就越高。如上面的附圖所示，從水入口到水出口，水在管內走了六個來回，即管程數目為6。
每一個管程對應一排翅片管。對于管內流量特別小的場合，甚至可以做到每1支管或兩支管作為一個管程；對于管內流量特別巨大的場合，可以選擇1排或幾排管作為一個管程。應當注意，對于管內為相變換熱（蒸發或凝結）的場合，一般只取一個管程就可以了。
三、關于翅片管束的分組處理
關于翅片管束的分組處理，我們需要多方考慮。
分組布置的好處在于：
* 可使箱體分段加工，便于安裝和運輸；
* 可以安裝吹灰孔和吹灰器；* 便于管束的檢修和更換；
例如：若后幾排管有露點腐蝕的風險，則應將其單獨設為一組，便于拆檢和更換。
如果在煙氣的流動方向上，我們就該這樣來進行設計處理，如下圖所示：
四、小結
作為階段小結，下面提出設計的幾點經驗，供參考：
（1）翅片管換熱器和其他型式的換熱器一樣，設計的成功與否，50%（甚至更高）取決于經驗，而經驗是在工程項目設計實踐中獲得的。如果參與了10項以上的工程設計，算作稍有經驗；參與了20項以上的工程設計，可稱作比較有經驗，而如果參與過30項以上的設計，則可認為是相當有經驗了。
（2）成功的經驗和不怎么成功的經驗同等重要，若發現設備運行后，實測熱負荷遠遠偏離設計值，就算不怎么成功，要分析原因；若發現翅片管管子的積灰，腐蝕嚴重，或出現其他沒有預料到的情況，雖然能運行，也算不怎么成功，也應從設計上找原因；若出現問題，則屬于失敗的設計，因為“”具有一票否決權，更要仔細地調查分析發生的原因。
（3）為了做到設計的成功，或不出現大的失誤，重要的莫過于設計前的現場調查和取證。尤其是翅片管多作為余熱回收設備應用，是在主設備上“附加”的節能設備，所以，地掌握主設備的運行情況和現場的環境是至關重要的。
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