翅片管及翅片管換熱器幻燈片

1、1,翅片管,和,翅片管換熱器,2,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(yīng)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(kuò)展換熱面積,和,促進(jìn)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(jié),構(gòu)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(qiáng)、結(jié)構(gòu)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,3,一、翅片管的結(jié)構(gòu),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

2、橫向。肋片可在管內(nèi)、管外或內(nèi)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(jī)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,4,5,6,整體翅片由鑄造、機(jī)械加工或軋制而成，肋片與管子一,體，無接觸熱阻，強(qiáng)度高，耐熱震和機(jī)械震動，因而傳熱,機(jī)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(shù),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(jì)且具有較好的傳熱性,能和機(jī)械性能，已在工業(yè)上廣為應(yīng)用,7,焊接肋片主要問題是焊接工藝質(zhì)量、焊縫中殘渣不利,傳熱甚至引起斷裂，高頻焊常被

3、采用，效果較好；機(jī)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(jī),械連接翅片管的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、肋片和管子材料可任意組合,翅化比可大到,30,其缺點(diǎn)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,250350,的場合，但制造費(fèi)高,強(qiáng)度較低,8,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(jié)約貴重金屬，同時又能適應(yīng)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(shè)折流扳，裝折,流板處應(yīng)制成沒有翅片的

4、平直段。由于翅片管應(yīng)用廣、材料,和制造方法多樣，工業(yè)發(fā)達(dá)國家都已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，并有,專門的研究機(jī)構(gòu)和制造廠,9,二,翅片管的優(yōu)點(diǎn)主要是,1,傳熱能力強(qiáng),與光管相比，傳熱面積可增大,2,30,倍，傳熱系數(shù)可提,高,1,2,倍,2,結(jié)構(gòu)緊湊,由于單位體積傳熱面加大，傳熱能力增強(qiáng)，同樣熱負(fù)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(jié)構(gòu)緊湊且便于布置,3,可以更有效和合理地利用材料,不僅因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)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,10,4,當(dāng)介質(zhì)被加熱時，與光管相比，同樣熱負(fù)荷下的翅片管,管壁溫度有所降低，

5、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(zhì)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(jié)垢是有利的。結(jié)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(jié)成均勻的整體垢層,沿翅片和管子表面結(jié)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,11,翅片管的主要缺點(diǎn)是造價高和流阻大。例如空冷器的翅,片管由于工藝復(fù)雜，其造價達(dá)設(shè)備費(fèi)用的,50,一,60,阻力大,導(dǎo)致動力消耗大。但如造型得當(dāng)，可使動力消耗減少，與傳,熱加強(qiáng)的得益相比合算就行,12,翅片管的應(yīng)用,徑向翅片管表面積擴(kuò)展程度大于縱向翅片管，工業(yè)上,利

6、用廣泛。前已闡明，強(qiáng)化對流換熱的措施加在換熱能力較,弱的一側(cè)，方能有效地提高傳熱系數(shù),K,因此，翅片管的翅,片一般應(yīng)加在換熱系數(shù)較小的一側(cè)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(shè)在氣側(cè)，以彌,補(bǔ)氣側(cè),值低的缺陷，當(dāng)兩側(cè),值相近時，則適宜于內(nèi)外加切,片或外翅管內(nèi)加麻花鐵、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(jī)甚為有效；鑒于翅片管,的優(yōu)良防結(jié)垢能力，故對有嚴(yán)重污垢工況的重沸器等換熱設(shè),備有利,13,三、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

7、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(yīng)根據(jù)肋片,溫度所產(chǎn)生的熱應(yīng)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，它并不直接涉及單個肋片的,計算而只與肋片和管子的總體結(jié)構(gòu)有關(guān)，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,14,1,單個翅,肋,片的傳熱計算,翅片傳熱的特點(diǎn)是同時存在翅片的導(dǎo)熱和與周圍介質(zhì)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,15,2,翅,肋,片的效率及翅化比,1,翅,肋

8、,片的效率,是翅片管的實(shí)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,16,四、翅片設(shè)計中有關(guān)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(yàn)表明,當(dāng)傳熱壁面兩側(cè)的,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(dāng)兩側(cè),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,17,2,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(cè)傳熱面積越大。但不同流速下，翅距應(yīng)保,證幾毫米至幾十

9、毫米，以使,s,值大于相鄰兩翅面的邊界層之,和，因?yàn)檫吔鐚拥膹?fù)迭將不利于對流換熱，故一般自然對流,時翅距應(yīng)大于強(qiáng)制對流時的翅距，因后者的邊界層較簿，對,于縱向翅片，應(yīng)使縱向長度不太長，以免層流底層厚度發(fā)展,變厚，故有些設(shè)計采用不連貫的斷續(xù)縱翅，阻止了層流底層,的發(fā)展,18,3,翅厚,根據(jù)研究，翅厚,與翅高保持下列關(guān)系比較合理,2,4mm,時,h,12,16,mm,19,五、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(zhǔn)的總傳熱系數(shù),K,為以翅管總外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù),T,管內(nèi)外

10、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,Q,K,F,TK,F,T,20,2,傳熱系數(shù)的計算,以,F,為基準(zhǔn),當(dāng)壁面溫度與換熱系數(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(yàn)值,以,F,為基準(zhǔn),4,壓降計算,21,翅片管空氣冷卻器的傳熱系數(shù),被冷卻介質(zhì),傳熱系數(shù),W/(m,2,燃料油,116,159,輕質(zhì)汽油,337,395,輕質(zhì)烴類,430,535,殘渣油,58,116,焦油,29,58,空氣（燃?xì)?P=3.43bar,58,空氣（燃?xì)?P=6.87bar,116,烴類氣體,P=1,3.43bar,169,227,機(jī)械夾套用水,674,733,工藝