雙金屬軋片式翅片管傳熱性能試驗(yàn)研究

1、雙金屬軋片式翅片管傳熱性能試驗(yàn)研究錢紅衛(wèi) 張琳（1江蘇工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系常州213016；2江蘇常州森源開關(guān)有限公司 常州 213016）0 引言雙金屬鋁軋片式翅片管是一種高效的傳熱元件。基管一般根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)的不同，選用不銹鋼、碳鋼、耐蝕鋼、鎳鋼、鈦管等：外套鋁管經(jīng)過軋制，形成緊套在基管上的鋁翅片管。一般結(jié)構(gòu)的翅片管（如穿片、繞片等管束）由于2種金屬電極電位不同，在翅片表面有水的情況下，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕而導(dǎo)致間隙熱阻增加，影響傳熱性能。而軋片式翅片管將基管完全包復(fù)，因此特別適用于空氣溫度降低后淋出冷凝水的場合。另外，由于軋片式翅片管與基管間的接觸應(yīng)力不會(huì)消失，長期工作接觸熱阻不增加，傳熱性能不下

2、降，所以又具有使用壽命長的特點(diǎn)。雙金屬鋁軋片式翅片管目前主要應(yīng)用在空冷器、加熱器上，特別是用在一些與電廠設(shè)備配套的大型空冷器上。翅片管單管傳熱性能試驗(yàn)是檢驗(yàn)翅片管傳熱品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。特別是對(duì)于雙金屬軋片式翅片管，單管傳熱性能試驗(yàn)是質(zhì)量檢驗(yàn)的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。影響雙金屬軋制式翅片管傳熱性能的一個(gè)重要因素是雙金屬之間的接觸熱阻，品質(zhì)系數(shù)是衡量總的傳熱熱阻中非接觸熱阻部分所占比重的一個(gè)重要指標(biāo)，也是衡量雙金屬軋制式翅片管傳熱性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。所以，品質(zhì)系數(shù)試驗(yàn)是單管傳熱性能試驗(yàn)的一個(gè)重要組成部分。有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合格的雙金屬軋制翅片管所應(yīng)達(dá)到的品質(zhì)系數(shù)必須880。傳熱系數(shù)試驗(yàn)是單管試驗(yàn)的

3、另一個(gè)重要內(nèi)容。一般是在管內(nèi)換熱條件固定的情況下，通過調(diào)節(jié)管外的風(fēng)速，來測量在不同風(fēng)速下翅片管的傳熱系數(shù)，進(jìn)而得到傳熱系數(shù)與風(fēng)速之間的關(guān)系曲線，由此對(duì)翅片管的傳熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文建立了雙金屬軋片式翅片管全白動(dòng)數(shù)據(jù)采集單管風(fēng)洞傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)目的是對(duì)某廠新制的雙金屬鋼一鋁和單金屬鋁一鋁軋片式翅片管的傳熱性能和品質(zhì)系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，以便對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合格評(píng)價(jià)，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)元件風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)裝置如圖l所示。管內(nèi)放熱介質(zhì)為過飽和蒸汽，管外吸熱介質(zhì)為空氣，橫掠翅片管流動(dòng)?？諝獾倪M(jìn)出口溫度由鎧裝熱電偶測量，空氣的流速由葉輪式數(shù)字風(fēng)速儀測量；蒸汽的溫度由鎧裝熱電偶測量，蒸汽的壓力由標(biāo)準(zhǔn)壓力表測量

4、；冷凝液的溫度由鎧裝熱電偶測量。所有溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)均由微機(jī)進(jìn)行采集1-減壓閥2-分離加熱裝置3-試件4-保溫盒5-風(fēng)洞6-蝶閥7-冷凝液計(jì)量裝置8-電機(jī)9-風(fēng)機(jī)圖1 風(fēng)洞傳熱性能試驗(yàn)臺(tái)被測產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)如表l所示。5根管均為新管，除標(biāo)準(zhǔn)管是由鋁一鋁制成的單金屬軋片管外，其他管均為鋼一鋁制成的雙金屬軋片管。表1 被測產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)管號(hào)傳熱面積/m2有效通風(fēng)截面積m2翅厚/mm翅片間距/mm翅化比基管直徑/mm根徑 /mm翅片外徑/mm11.42700.009308240.4 3.018.3125×2.526.45821.43790.009367240.4 3.018.3125×

5、2.526.45831.11260.00763740.352.314.1725×2.526.45141.11260.00763740.352.314.1725×2.526.451 5標(biāo)1.1100.00608730.352.214.1326.4432計(jì)算方法2.1熱平衡及傳熱系數(shù)的計(jì)算為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)每個(gè)工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都要進(jìn)行熱平衡系數(shù)的校核。熱平衡系數(shù)的計(jì)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：Q1=G1CP1(t1h-t2h)+G1hfg （1）Q2= G2CP2(t1c-t2c) （2）式中：Q1蒸汽的放熱量/kW；Q2空氣的吸熱量

6、/kW；G1、G2分別為熱冷流體質(zhì)量流量/kg/s；CP1、Cp2分別為熱冷流體定壓比熱/kj/kg·；T1h、T2h分別為熱流體的進(jìn)出口溫度/'C；T1c、T2c-分別為冷流體的進(jìn)出口溫度/：熱平衡系數(shù)n由下式計(jì)算： （3）如果|5%，認(rèn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，如果|5%，則認(rèn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠，需重新進(jìn)行測試。試驗(yàn)傳熱系數(shù)K的計(jì)算式為： （4）式中：K傳熱系數(shù)數(shù)/W/m2·；A傳熱面積（取管外的總傳熱表面積）/m2;tm對(duì)數(shù)平均溫差/。試驗(yàn)時(shí)，將管內(nèi)蒸汽壓力控制在0.05MPa，對(duì)應(yīng)當(dāng)?shù)氐娘柡驼羝麎合碌臏囟葹?08，并保持05之間變化的過熱度，調(diào)節(jié)風(fēng)洞空氣出口側(cè)的蝶閥，使

7、其從314kg/s變化，并當(dāng)冷熱流體的熱平衡誤差不大于5%時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，記錄一系列工況點(diǎn)數(shù)據(jù)。2.2品質(zhì)系數(shù)的計(jì)算對(duì)于雙金屬軋制翅片管而言，由于兩金屬接觸面之間存在接觸熱阻Rf，故其傳熱熱阻的計(jì)算式為（傳熱系數(shù)以基管外表面積為準(zhǔn)，忽略外管的導(dǎo)熱熱阻和內(nèi)外側(cè)的污垢熱阻）： （5）為了得到品質(zhì)系數(shù)，雙金屬軋制翅片管需與標(biāo)準(zhǔn)管（由雙金屬管抽去基管而成、在相同的工況條件下作對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)管，由于不存在接觸熱阻和基管導(dǎo)熱熱阻，故其傳熱熱阻的計(jì)算式為： （6）式(5)和(6)中：K、K'分別為雙金屬翅片管、標(biāo)準(zhǔn)管的傳熱系數(shù)W(Hi2c)；o、o'分別為雙金屬翅片管、標(biāo)準(zhǔn)管的管外氣側(cè)

8、對(duì)流換熱系數(shù) W/(m2)；i、i' -分別為雙金屬翅片管、標(biāo)準(zhǔn)管的管內(nèi)蒸汽側(cè)凝結(jié)換熱系數(shù)/ W/(m2)；Do雙金屬管基管外徑/mm；Di、Di'分別為雙金屬翅片管、標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑，mm;雙金屬翅片管基管的管壁厚度/mm：w雙金屬翅片管基管的管壁導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m2)；Dm雙金屬翅片管的對(duì)數(shù)平均直徑/mm：o與翅片效率和翅片尺寸有關(guān)的一個(gè)因子，其值等于翅片表面效率與翅化比的乘積。由式(5)和式(6)可得： （7） （8）金屬翅片管的品質(zhì)系數(shù)C由下式計(jì)算： （9）有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，雙金屬翅片管的品質(zhì)系數(shù)大于880算合格。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)隨機(jī)抽取某廠的4根鋼一鋁雙金屬軋片管和鋁一鋁單金屬標(biāo)準(zhǔn)軋片管，測得的傳熱系數(shù)與質(zhì)量流速之間的關(guān)系曲線如圖2所示。從圖2可看出，4根鋼一鋁雙金屬軋片管的傳熱系數(shù)均比標(biāo)準(zhǔn)單金屬軋片管的傳熱系數(shù)高，而且所測管的品質(zhì)系數(shù)在88