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翅片管換熱器
螺旋翅片管廠家

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翅片管和翅片管換熱器之間的聯系

文章出處:翅片管廠家大唐  人氣:   發表時間:2020-08-24

翅片管是一種帶肋的壁面,在動力、化工等工業中有廣 泛的應用,許多螺旋型換熱面或螺紋管也都可看作是翅片管。 它對擴展換熱面積和促進湍流有顯著作用,無論對單相對流 換熱還是相變對流換熱都具有很大作用。翅片管換熱器的結 構與一般管殼式換熱器基本相同。只是用翅片管代替了光管 作為傳熱面,由于傳熱加強、結構緊湊,故可做成緊湊式換 熱器;翅片管換熱器也經常用于加熱或冷卻管外氣體,而在 管內通以蒸汽或水,例如空冷器、鍋爐省煤器、暖氣片等。
 
一、翅片管的結構有縱向和徑向(橫向)兩類翅片,其它類型都是這兩類 的變形,例如大螺旋角翅片管、螺紋管等,前者接近縱向, 后者接近橫向。肋片可在管內、管外或內外兼有。肋片管按 制造方法不同可分為整體翅片、焊接翅片和機械連接翅片。 幾種帶縱向肋片和徑向肋片的翅片管如圖所示。 橫 向 縱 向 整體翅片由鑄造、機械加工或軋制而成,肋片與管子一 體,無接觸熱阻,強度高,耐熱震和機械震動,因而傳熱、 機械和熱膨脹等性能較好,但制造成本提高,對低翅片比較 適用;焊接翅片用釬焊或氬弧焊等工藝制造,現代焊接技術 可使不同材料的翅片與母體管連接在一起并將其扭彎成各種 形狀。焊接翅片管由于制造簡易、經濟且具有較好的傳熱性 能和機械性能,已在工業上廣為應用。 焊接肋片主要問題是焊接工藝質量、焊縫中殘渣不利 傳熱甚至引起斷裂,高頻焊常被采用,效果較好;機械連接 翅片管通常有繞片式、鑲嵌式、熱套或脹接式三種類型。機 械連接翅片管的優點是經濟、肋片和管子材料可任意組合, 翅化比可大到30,其缺點是接觸熱阻可能因膨脹不均勻引起 松動而加大,故繞片式的工作溫度多不超過200~250℃,鑲 嵌式耐熱性能較好,常用于250~350℃的場合,但制造費高, 強度較低。 翅片管的材料范圍很廣,有碳鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金、 錫及銅合金、鈦、蒙乃爾合金等,有時還采用雙金屬翅片以 節約貴重金屬,同時又能適應耐腐蝕性等工藝要求。 翅片管換熱器中管束兩端沒有翅片且外徑較大,故與光 管一樣可與管板焊接或脹接,必要時也可裝設折流扳,裝折 流板處應制成沒有翅片的平直段。由于翅片管應用廣、材料 和制造方法多樣,工業發達國都已標準化、系列化,并有 專門的研究機構和制造廠。
 
二 、翅片管的優點主要是:
 
(1)傳熱能力強 與光管相比,傳熱面積可增大2~30倍,傳熱系數可提 高1~2倍;
 
(2)結構緊湊由于單位體積傳熱面加大,傳熱能力增強,同樣熱負荷 下與光管相比,翅片管換熱器管子少,筒體直徑或高度可減 小,因而結構緊湊且便于布臵;
 
(3)可以更有效和合理地利用材料 不僅因為結構緊湊使材料用量減少,而且有可能針對傳 熱和工藝要求來靈活選用材料,例如不同材料制成的鑲嵌或 焊接翅片管等;
 
(4)當介質被加熱時,與光管相比,同樣熱負荷下的翅片管 管壁溫度有所降低,這對減輕金屬面的高溫腐蝕和超溫破壞 是有利的。 不管介質是被加熱或冷卻,傳熱溫差都比光管時小,這 對減輕管外表面結垢是有利的。結垢減輕的另一重要原因是 翅片管不會象光管那樣沿圓周或軸向結成均勻的整體垢層, 沿翅片和管子表面結成的垢片在脹縮的作用下,會在翅片根 處斷裂,促使硬垢自行脫落;
 
(5)對于相變換熱,可使換熱系數或臨界熱流密度增高。 翅片管的主要缺點是造價高和流阻大。例如空冷器的翅 片管由于工藝復雜,其造價達設備費用的50一60%;阻力大, 導致動力消耗大。但如造型得當,可使動力消耗減少,與傳 熱加強的得益相比合算就行。 翅片管的應用徑向翅片管表面積擴展程度大于縱向翅片管,工業上 利用廣泛。前已闡明,強化對流換熱的措施加在換熱能力較 弱的一側,方能有效地提高傳熱系數K,因此,翅片管的翅 片一般應加在換熱系數較小的一側方為合理。α值相差3倍以 上者效果更加顯著。例如空冷器,故翅片多設在氣側,以彌 補氣側α值低的缺陷,當兩側α值相近時,則適宜于內外加切 片或外翅管內加麻花鐵、螺旋線擾流器。 一般情況,兩邊換熱系數相差很大時才采用高翅片,低 翅內螺紋管對于防止管內的傳熱危機甚為有效;鑒于翅片管 的優良防結垢能力,故對有嚴重污垢工況的重沸器等換熱設 備有利。
 
 三、翅片管的傳熱計算翅片管或帶肋壁的傳熱計算包括單個翅(肋)片的計算和 整個肋壁面的傳熱計算. 單個肋片的計算包括沿肋高的溫度分布、肋片的傳熱量 和肋效率,肋化后的傳熱面積、重量、價格的計算以及肋片 形狀和參數的決定,在決定肋片形式和尺寸時,應根據肋片 溫度所產生的熱應力來核定。 整個肋壁的傳熱計算是在肋化情況和換熱系數等己知的 條件下計算整個肋壁的傳熱量,它并不直接涉及單個肋片的 計算而只與肋片和管子的總體結構有關,與光管壁面的傳熱 計算基本相同,區別僅在于帶肋壁面的傳熱面積和換熱系數 或傳熱系數是不相同的。
 
1. 單個翅(肋)片的傳熱計算翅片傳熱的特點是同時存在翅片的導熱和與周圍介質的 對流換熱。
 
(1)厚度不變的直肋
 
(2)可變厚度的直肋
 
(3)厚度不變的圓肋
 
2. 翅(肋)片的效率及翅化比
 
(1)翅(肋)片的效率 是翅片管的實際傳熱量與假定肋片的溫度都處于肋基溫 度時傳熱量的比值。
 
(2)翅化比 是翅片管的傳熱面積與光管(不帶翅片)時面積的比值。
 
 四、翅片設計中有關參數的確定
 
1.肋片高度h 前已提到,并非任何條件下加高翅片部是有利的,理論 上可以證明,各種形狀翅片都存在一個最佳高度。經驗表明: 當傳熱壁面兩側的α值相差2~5倍時,采用低翅型螺紋管比 較合適,造價比光管只增加25~30%;當兩側α值相差十倍 以上時可考慮用高翅片,此時翅片傳熱面積較大。
 
2. 翅距s 如果考慮的不是單個翅片,而是整個翅片管,則翅距越 小,翅片管的翅側傳熱面積越大。但不同流速下,翅距應保 證幾毫米至幾十毫米,以使s值大于相鄰兩翅面的邊界層之 和,因為邊界層的復迭將不利于對流換熱,故一般自然對流 時翅距應大于強制對流時的翅距,因后者的邊界層較簿,對 于縱向翅片,應使縱向長度不太長,以免層流底層厚度發展 變厚,故有些設計采用不連貫的斷續縱翅,阻止了層流底層 的發展。
 
3.翅厚δ 根據研究,翅厚δ與翅高保持下列關系比較合理: δ=2~4mm時 h=12~16 mm
 
五、整個翅片管(或肋壁)的傳熱計算
 
(1)傳熱方程式 在穩定傳熱時,翅片管的傳熱量和傳熱系數的計算可采 取與光管傳熱計算同樣形式 Q ? KF ?T ? K ?F ??T 式中: K′——代表以光管外表總面積為基準的總傳熱系數, K——為以翅管總外表面積為基準的傳熱系數, ΔT——管內外流體的有效平均溫差, F′——光管的外表面積, F——翅片管總的外表面積。
 
(2) 傳熱系數的計算(以F′為基準) 當壁面溫度與換熱系數均一定時,翅片管的傳熱系數除 多了翅片熱阻外,翅片管傳熱系數計算式子完全一致。
 
(3) 翅片管傳熱系數的經驗值(以F′為基準)
 
(4) 壓降計算 翅片管空氣冷卻器的傳熱系數被冷卻介質燃料油 輕質汽油 輕質烴類 殘渣油 焦油 空氣(燃氣):P=3.43bar 空氣(燃氣):P=6.87bar 烴類氣體:P=1~3.43bar 機械夾套用水 工藝過程用水 傳熱系數W/(m2℃) 116~159 337~395 430~535 58~116 29~58 58 116 169~227 67

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