翅片管傳熱計算

翅片管一定程度上影響了余熱鍋爐的性能與成本鍋爐的熱力計算是鍋爐性能設(shè)計的重要內(nèi)容。熱力計算的準(zhǔn)確性即受熱面的數(shù)量是保證余熱鍋爐出力、參數(shù)、熱效率及成本的根本。

不同型式的螺旋翅片管：如螺旋翅片、H形或碟形翅片等?雖然已在常規(guī)電站鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐和冶金、化工、建材等行業(yè)的余熱鍋爐中也有著廣闊的應(yīng)用。但是，在其設(shè)計過程中?主要采用國外引進(jìn)或前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)計算方法，并借助設(shè)計人員的長期設(shè)計經(jīng)驗或?qū)τ谝欢ńY(jié)構(gòu)的翅片管束的?；囼灲Y(jié)果。目前，國內(nèi)尚無成熟、規(guī)范的各種翅片管束標(biāo)準(zhǔn)計算方法。

對于聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐螺旋翅片管的傳熱計算也是如此。 在國外引進(jìn)或前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)計算方法中，雖有關(guān)于螺旋翅片管束的傳熱及阻力計算方法，但具體應(yīng)用上有局限性。一方面是結(jié)構(gòu)參數(shù)上，如管束間距、翅片規(guī)格等。另一方面是未能充分反映燃?xì)廨啓C排氣的污染特性對傳熱計算的影響。

此外，螺旋翅片管的傳熱特性尚與翅片的焊接方法及焊著率有關(guān)，而國內(nèi)外的翅片管焊接工藝不可避免地存在著一定的差異。上述因素限制了鍋爐制造廠在聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐及其它余熱鍋爐的翅片管受熱面設(shè)計中對于翅片管和受熱面結(jié)構(gòu)與布置的進(jìn)一步優(yōu)化以及翅片管束的國產(chǎn)化，翅片管一定程度上影響了余熱鍋爐的性能與成本。

此外，溫州翅片管加工設(shè)備，當(dāng)燃?xì)廨啓C排氣通過螺旋翅片管向管內(nèi)蒸汽傳熱時，盡管螺旋翅片管強化了受熱面的傳熱能力，但也使管外翅片工作在惡劣的高溫環(huán)境中，使得管外螺旋翅片的溫度往往較高，可能超過材料所允許的耐溫極限，造成翅片被燒壞。對余熱鍋爐而言，其高壓過熱器與再熱器受熱面因管w煙氣和管內(nèi)工質(zhì)溫度均較高?如設(shè)計時翅片高度不合理，則螺旋翅片外端的溫度，通常稱為翅端溫度，可能超過翅片材料的允許溫度，從而導(dǎo)致翅片因超溫?zé)龤В绊懹酂徨仩t的運行可靠性。 綜上所述，必須對不同結(jié)構(gòu)的翅片管及翅片管受熱面的傳熱與阻力特性、螺旋翅片的溫度分布等進(jìn)行研究，為翅片管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及翅片管受熱面的優(yōu)化設(shè)計提供設(shè)計計算方法。

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翅片管換熱器材料應(yīng)根據(jù)什么進(jìn)行

換熱器材料應(yīng)根據(jù)換熱器的用途和操作條件等不同而選擇，目前常用的材料有:純鋁、鋁合金、銅、黃銅、鎳、欽、不銹鋼等，其中以鋁和鋁合金用的多。

對于翅片管式換熱器母材的基本要求是:有較好的釬焊性和成型性，較高的機械強度，良好的耐腐蝕性和導(dǎo)熱性。鋁及鋁合金不僅滿足了這些要求，翅片管加工設(shè)備供應(yīng)，而且具有延性和抗拉強度隨溫度的降低而提高的特性，所以在的緊湊式換熱器中，特別是在低溫的緊湊式換熱器中，己經(jīng)獲得了為廣泛的應(yīng)用:  

1.鋁的密度小，通過合金化和熱處理可以達(dá)到結(jié)構(gòu)鋼的強度。鋁制換熱器運用于各類的交通工具中，特別小型的轎車，必將減輕其本身重量，降低燃料的消耗。  

2.鋁的抗腐蝕性好。鋁制品在惡劣條件下生成的氧化物w毒性。用鋁做成的換熱器，不用過于擔(dān)心時間長久之后被空氣或管內(nèi)液休等氧化而失效。  

3.鋁具有良好的導(dǎo)熱性能，特別適用于散熱片、換熱用的蒸發(fā)器和冷凝器等。  

4.鋁的屈服強度高，耐沖壓，加工成型的過程比較方便。

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翅片管是為了提高換熱效率，通常在換熱管的表面通過加翅片，增大換熱管的外表面積（或內(nèi)表面積），從而達(dá)到提高換熱效率的目的，這樣一種換熱管。冷凝器是空調(diào)系統(tǒng)的機件，能將管子中的熱量，以很快的方式，傳到管子附近的空氣，大部分的汽車置于水箱前方。把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體的裝置。發(fā)電廠要用許多冷凝器使渦輪機排出的蒸氣得到冷凝；在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣。石油化學(xué)工業(yè)中用冷凝器使烴類及其他化學(xué)蒸氣冷凝。在蒸餾過程中，把蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)的裝置稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉(zhuǎn)的。

   1、常見冷凝器類型與特點

   冷凝器又稱“液化器”，是使蒸氣在其中放出熱量而液化的換熱器。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為水冷式、空冷式、蒸發(fā)式三種類型。

   1）水冷式冷凝器

   水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。水冷式冷凝器具有傳熱、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。目前，由于水資源短缺，水冷式冷凝器中使用的冷卻水普遍循環(huán)使用，其主要缺點是需要設(shè)置專門的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，初投資高，水處理費用大。常用的水冷式冷凝器有臥式殼管式、立式殼管式和套管式等型式。

   在大中型空調(diào)制冷裝置及工業(yè)制冷中一般均采用水冷式冷凝器，其中又以殼管式冷凝器常用。在殼管式冷凝器中，制冷劑通常在管外冷凝，水在管內(nèi)流動。目前使用的殼管式冷凝器有光管管束與滾壓低翅片管（即螺旋管）兩種。一般，氨用臥式殼管式冷凝器多采用光管管束，氟里昂冷凝器多采用滾壓低翅片管。

   2）空冷式冷凝器

   空冷式冷凝器也稱風(fēng)冷式冷凝器，制冷劑在管內(nèi)冷凝，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這種冷凝器中有自然對流空氣冷卻式冷凝器和強制對流空氣冷卻式冷凝器。由于空氣的對流傳熱系數(shù)很低（25～35 W/m·2K），空冷式冷凝器的傳熱效率不如水冷式，冷凝溫度與冷凝壓力均較高。另外，在換熱負(fù)荷一定的情況下，空冷式冷凝器所需傳熱面積比水冷式冷凝器大，故而設(shè)備體積和質(zhì)量均龐大，占地大。但是可冷熱兩用，初投資低，系統(tǒng)維護(hù)管理相對簡單?？绽涫嚼淠髟诠こ虒嶋H中的應(yīng)用十分廣泛，既可用于制冷系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)。其z大的優(yōu)點是不需冷卻水，翅片管加工設(shè)備廠商，因此特別適用于缺水地區(qū)或者供水困難的場合，在小型制冷空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。

   3）蒸發(fā)式冷凝器

   蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和顯熱交換為基礎(chǔ)，制冷劑放出的熱量同時由冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內(nèi)流動，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時吸收氣化潛熱，使管內(nèi)制冷劑冷卻和冷凝。蒸發(fā)式冷凝器中，省去了冷卻水在冷凝器中的顯熱傳遞階段，使冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度，可比水冷式冷凝器系統(tǒng)低3～5℃，從而大大降低壓縮機的功耗，耗水量只有水冷式冷凝器系統(tǒng)的1/3左右。我國蒸發(fā)式冷凝器的開發(fā)和應(yīng)用相對滯后，以往多應(yīng)用于大型的氨制冷系統(tǒng)。近年來，由于電力資源緊張和水資源匱乏，蒸發(fā)式冷凝器作為一種節(jié)能節(jié)水型換熱設(shè)備，其研究和應(yīng)用得到了廣泛重視，促進(jìn)了蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品技術(shù)的成熟和進(jìn)一步應(yīng)用。目前，已有一些生產(chǎn)廠家在結(jié)構(gòu)上對其進(jìn)行了完善，使之應(yīng)用于中央空調(diào)機組。

   對于那些需要進(jìn)行控制的冷凍空調(diào)系統(tǒng)和運行環(huán)境惡劣的場合，蒸發(fā)式冷凝器更容易滿足工藝控制要求。工程應(yīng)用表明，采用該產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的“水冷式冷凝器+涼水塔”方式，增加的初投資一般能在一年左右即可收回，經(jīng)濟效益明顯。

   2、冷凝器中常用的強化傳熱翅片管

   傳熱過程是熱量從一種流體通過固體壁面?zhèn)鹘o另一種流體的過程。工程實際中，強化換熱器的換熱性能主要從強化兩側(cè)介質(zhì)與換熱管內(nèi)、外壁之間的對流換熱過程入手。常用的強化傳熱技術(shù)有:

   (1)表面涂層；

   (2)粗糙表面；

   (3)擴展表面；

   (4)各種內(nèi)外螺紋管；

   (5)擾流元件；

   (6)添加物；

   (7)沖擊傳熱。在各種強化傳熱技術(shù)中，在壁面上加裝翅片，作為增強傳熱的一個主要手段，在工程中得到廣泛應(yīng)用。翅片管式換熱器具有g(shù)效傳熱、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，已被廣泛地應(yīng)用于制冷空調(diào)裝置、航空航天設(shè)備、太陽能集熱器和電子設(shè)備等各個領(lǐng)域中。在冷凝器中的應(yīng)用尤為普遍。

   翅片管的種類很多，而且還在不斷涌現(xiàn)新的品種，在這方面的研究也較多[4～6]。大體上可按加工工藝、翅片形狀、材質(zhì)、用途等幾個方面對翅片管進(jìn)行分類。在冷凝器中，常用的翅片管有以下幾種形式。

   1）內(nèi)螺紋管

    2）整體型螺旋翅片管

   3）螺旋槽管

   螺紋類翅片管、套片式翅片管、波紋管、螺旋扭曲管、螺旋繞片管等g效傳熱元件在冷凝器中得到了廣泛的應(yīng)用，傳熱效果得到了顯著提高。除此之外，新齒形傳熱管還在不斷出現(xiàn)。與光管相比，它們具有下述共同特點：

   (1)不同形狀的翅片均可使傳熱壁面變得粗糙，從而破壞靜止的層流邊界層，提高對流換熱系數(shù)，使換熱得到不同程度的強化；

   (2)在負(fù)荷一定的條件下，冷凝器所需面積可大大減??；

   (3)根據(jù)大多數(shù)人的常識，粗糙的翅片管表面容易引起結(jié)垢；事實上，由于粗糙表面引起的紊流破壞了靜止的附面層，會使污垢難于附著；即使有污垢附著，污垢也呈現(xiàn)離散的鱗片狀，設(shè)備運行中溫度的變化使管子發(fā)生膨脹和收縮，會因污垢與管壁材料間的脹差巨大而引起剝離，在介質(zhì)的沖擊下自行脫落。而光管垢層為圓柱體，無任何自脫力。因此，翅片管的結(jié)垢情況并不比光管嚴(yán)重多少。

冷凝器的應(yīng)用范圍十分廣闊，翅片管加工設(shè)備公司，特別是在制冷空調(diào)系統(tǒng)中。冷凝器作為主要的傳熱設(shè)備之一，其性能的好壞直接影響到裝置的總體工作性能。因此，冷凝器傳熱過程的強化得到了越來越廣泛的重視。為了提高冷凝設(shè)備的整體性能，通過管子形狀或表面性質(zhì)的改造來強化傳熱過程以提高冷凝器的效率，已成為國內(nèi)外冷凝器發(fā)展的一種趨勢。柏恩翅片管換熱器所采用的緊湊型串片式管片系統(tǒng)，它是一種新型的g效傳熱元件。其的片型結(jié)構(gòu)和加工工藝流程，使得空冷器產(chǎn)品具有更加緊湊的外形尺寸，更高的換熱效率和更輕的重要。

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