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不銹鋼換熱管

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熱管換熱器中熱管翅片效率和翅化比

來源:至德鋼業 日期:2021-08-23 11:57:46 人氣:1131

  熱管換熱器中熱管的主要熱阻是蒸發段外側的熱阻R1和凝結段外側的熱阻Rg,它們構成了熱管的控制熱阻。為了減少這項熱阻,從傳熱學中得知,必須進行增強傳熱。增強熱管的傳熱的辦法有兩種:①. 增加氣體的流速;②. 增加換熱面積,即采用擴展表面,將原來的光管表面做成翅片管。因此,目前氣氣熱管換熱器的加熱段和冷凝段都采用翅片管。


圖 5-3.jpg


 在光管外面加上擴展表面,目的是為了增加換熱量,減少熱阻。一般熱量增大的倍數總是低于面積擴展的倍數,這里就有一個翅片效率的問題。熱量Qf將從翅根沿翅片高度逐漸散失,翅片表面溫度Tw沿翅片高度逐漸降低,如圖5-3所示。由于翅片溫度Tw與周圍流體溫度Tf之差逐漸減少,也就是說翅片傳熱的有效性下降了。我們將翅片的實際散熱量,與翅片各處的溫度都等于翅根溫度To時的散熱量之比,稱為翅片效率,以n表示,即


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  因為Tw總小于To,To>Tw>T1,故翅片效率n是一個小于1的數。為了求得n值,由式(5-31)可知,需要求解翅片溫度Tw沿高度的分布規律。對于各種不同形狀的翅片,已由理論分析的方法求出了其溫度分布和翅片效率,可查閱有關的傳熱學書籍和手冊。對于熱管換熱器,應用最廣泛的是等厚度的環形翅片(圓形翅片)。


圖 5-4.jpg


將式(5-31)進行推導分析計算繪成曲線的形式如圖5-4所示。曲線的橫坐標為H·m,m=(2a/λwδ)1/2,即橫坐標為H(2a/λwδ)1/2,參變量為dy/db,縱坐標為n.圖中曲線表明,翅片越高,比值d/db越大,則翅片效率就越低;此外,當翅片的幾何特性一定時,翅片外表面與氣體之間的放熱系數a越大,熱導率入w越低,則翅片效率也隨之降低。



(例題5-1)  


  一環形鋼翅片管,翅片厚度ō=0.8mm,翅片外徑d=50mm,翅片根徑db=25mm,鋼翅片的熱導率\w=40W/(m·℃),管外為空氣的受迫流動放熱,放熱系數a=50W/(m2.℃),試確定此環形翅片的翅片效率。


首先求其m值


32.jpg

33.jpg


  翅化比是翅片管的總的外表面積(Ab+Af)與沒加翅片時的光管外表面積Ao之比。其中,Ab為翅片管裸體部分的面積,它與翅片管翅片表面積A相比很小,因此,進行如式(5-35)中的代換,引起的誤差很小,完全可以滿足工程計算中的要求。


  由式(5-35)可知,當翅片管外表面的放熱系數α一定時,為了增加以光管外表面積為基準的放熱系數α1,最有效的辦法是增加翅化比β,同時又要保證翅片效率n有足夠高的數值。目前,在熱管換熱中應用的翅片管,翅化比β在6~13之間,翅片效率n在80%~86%之間。



(例題5-2)


 有一翅片管,其幾何特性如下表所示,試求其翅化比。



由于傳熱面積擴大了10.6倍,以光管為基準的放熱系數α1與o相比就擴大了8.7倍。



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