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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。
三:翅片管束的換熱和流動阻力
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。
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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
試驗時,試件的管內通熱水,管外空氣橫掠。水的進、出口溫度和空氣的進口溫度由精密水銀溫度計測量,水的流量由轉子流量計測量。空氣的進、出口溫度由布置在試驗段前后流通截面上的熱電偶堆測量,空氣的流量由畢托管測量。在試件前后的風道上裝有測壓管,測量兩處的靜壓壓差,即可得到空氣流動阻力。通過擬合曲線分離法得到管外換熱準則關系式,采用線性回歸方法可得到管外流體流動阻力準則關系式。
為了保證試驗數據的可靠性,對每個工況的試驗數據都要進行熱平衡η的校驗。如果|η|<5%,認為試驗數據可靠;如果|η|≥5%, 則認為試驗數據不可靠,需重新進行測試。熱平衡η的計算方法如下。熱流體的放熱量Q1和冷流體的吸熱量Q2可分別表示為:
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試驗時,保持管內水流量及進口水溫基本不變,改變空氣的流量,得到一系列工況點數據。
翅片管換熱器廣泛應用于家庭、商業和工業制冷空調系統中。采用翅片管換熱器作為蒸發器和冷凝器的空調系統,使用一定年限后翅片表面會形成灰塵和微生物等空氣側污垢,影響蒸發器的性能。本文通過實驗,研究微生物污垢對翅片管換熱器換熱和壓降特性的影響。為了減少親水層脫落與接觸熱阻的影響,實驗中使用全新的換熱器。為了加快實驗進程,采用人工加速培養微生物生長的方法模擬翅片表面生長微生物污垢。
1)、軋制成型翅片管(extruded fin tube);
2)、焊接成型翅片管(高頻焊翅片管、埋弧焊翅片管);
3)、滾壓成型翅片管;
4)、套裝成型翅片管;
5)、鑄造翅片管;
6)、張力纏繞翅片管;
7)、鑲片管。
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