翅片管及翅片管換熱器實用教案

1、 翅片管是一種帶肋的壁面，在動力、化工等工業(yè)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(dn xin)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(jīng)常用于加熱或冷卻管外氣體，而在管內(nèi)通以蒸汽或水，例如空冷器、鍋爐省煤器、暖氣片等。第1頁/共23頁第一頁，共24頁。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

2、片可在管內(nèi)、管外或內(nèi)外兼有。肋片管按制造方法(fngf)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(hn xin)縱向(zn xin)第2頁/共23頁第二頁，共24頁。第3頁/共23頁第三頁，共24頁。第4頁/共23頁第四頁，共24頁。 整體翅片由鑄造(zhzo)、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(xiàn)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(jīng)濟且具有較好的

3、傳熱性能和機械性能，已在工業(yè)上廣為應用。第5頁/共23頁第五頁，共24頁。 焊接肋片主要問題是焊接工藝(gngy)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(yōu)點是經(jīng)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200250，鑲嵌式耐熱性能較好，常用于250350的場合，但制造費高，強度較低。第6頁/共23頁第六頁，共24頁。 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

4、以節(jié)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(yè)發(fā)達國家都已標準化、系列化，并有專門(zhunmn)的研究機構和制造廠。第7頁/共23頁第七頁，共24頁。二 、翅片管的優(yōu)點主要是：(1)傳熱能力強 與光管相比，傳熱面積可增大230倍，傳熱系數(shù)可提高12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(zhjng)或高度可減小，因而結構緊湊且便于布置；(3)可以更

5、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；第8頁/共23頁第八頁，共24頁。(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(ji u)是有利的。結垢(ji u)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(shù)或臨界熱流密度增高。第9

6、頁/共23頁第九頁，共24頁。 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(yuy)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。第10頁/共23頁第十頁，共24頁。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(yè)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(shù)K，因此，翅片管的翅片一般應加在換熱系數(shù)較小的一側方為合理。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，以彌補氣側值低的缺陷，當兩側值相近時，則適宜于內(nèi)外加切片或外翅管內(nèi)加麻花鐵、

7、螺旋線擾流器。 一般情況，兩邊換熱系數(shù)相差很大時才采用高翅片，低翅內(nèi)螺紋管對于防止管內(nèi)的傳熱危機甚為有效；鑒于翅片管的優(yōu)良防結垢能力，故對有嚴重污垢(wgu)工況的重沸器等換熱設備有利。第11頁/共23頁第十一頁，共24頁。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(shù)的決定，在決定肋片形式和尺寸時，應根據(jù)肋片溫度所產(chǎn)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(shù)等己知的條件下計算整個肋壁的傳熱量，它并不直接涉及(shj)單

8、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(qū)別僅在于帶肋壁面的傳熱面積和換熱系數(shù)或傳熱系數(shù)是不相同的。第12頁/共23頁第十二頁，共24頁。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(dor)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)厚度不變的圓肋第13頁/共23頁第十三頁，共24頁。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(chun r)量與假定肋片的溫度都處于肋基溫度時傳熱(chun r)量的比值。(2)翅化比 是翅片管的傳熱(chun r)面積與光管（不帶翅片）時面積

9、的比值。第14頁/共23頁第十四頁，共24頁。四、翅片設計中有關參數(shù)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(jīng)驗表明：當傳熱壁面兩側的值相差25倍時，采用低翅型螺紋管比較合適，造價比光管只增加2530；當兩側值相差十倍以上時可考慮用高翅片，此時(c sh)翅片傳熱面積較大。第15頁/共23頁第十五頁，共24頁。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

10、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(hud)發(fā)展變厚，故有些設計采用不連貫的斷續(xù)縱翅，阻止了層流底層的發(fā)展。第16頁/共23頁第十六頁，共24頁。3.翅厚 根據(jù)研究(ynji)，翅厚與翅高保持下列關系比較合理：24mm時 h1216 mm第17頁/共23頁第十七頁，共24頁。五、整個翅片管(或肋壁)的傳熱計算(1)傳熱方程式 在穩(wěn)定傳熱時，翅片管的傳熱量(rling)和傳熱系數(shù)的計算可采取與光管傳熱計算同樣形式 式中： K代表以光管外表總面積為基準的總傳熱系數(shù)， K為以翅管總外表面積為基準的傳熱系數(shù)， T管內(nèi)外流體的有效平均

11、溫差， F光管的外表面積， F翅片管總的外表面積。 QKF TK FT 第18頁/共23頁第十八頁，共24頁。(2) 傳熱系數(shù)的計算(以F為基準) 當壁面溫度(wnd)與換熱系數(shù)均一定時，翅片管的傳熱系數(shù)除多了翅片熱阻外，翅片管傳熱系數(shù)計算式子完全一致。 (3) 翅片管傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值(以F為基準)(4) 壓降計算第19頁/共23頁第十九頁，共24頁。翅片管空氣(kngq)冷卻器的傳熱系數(shù)被冷卻介質被冷卻介質傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)W/(mW/(m2 2)燃料油116159輕質汽油337395輕質烴類430535殘渣油58116焦油2958空氣（燃氣）：P=3.43bar58空氣（燃氣）：P=6.87bar116烴類氣體：P=13.43bar169227機械夾套用水674733工藝過程用水593674第20頁/共23頁第二十頁，共24頁。翅片管空氣(kngq)冷凝器的傳熱系數(shù)被冷卻介質被冷卻介質傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)W/(mW/(m2 2)水蒸氣773790氨570688氟利昂337454輕汽油454煤油372注：以光管外表面積(min j)為基準，翅化比為16.9第21頁/共23頁第二十一頁，共24頁。 六、結構布置(bzh) 根據(jù)傳熱計算所得的換熱面積、流量、流速，確定管子的數(shù)量。第22頁/共23頁第二十二頁，共24頁。感謝您的觀看(gunkn)！第23頁/共23頁第二十三頁