不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
摘要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。
由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。
关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能
Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube heat exchangers with various fin types
Abstract：With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency, energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall performance of heat transfer.
This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable foundation to the design and optimization of compact heat exchangers.
Key words：Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics; Experimental correlations; Comparison
目录
1 绪论 (2)
1.1课题背景及研究意义 (3)
1.2管翅式换热器简介 (3)
1.3管翅式换热器的特点 (4)
1.4 管翅式换热器的换热过程 (4)
1.5研究现状 (5)
1.5.1国外实验及模拟研究进展 (5)
1.5.2国内研究现状和数值模拟 (6)
1.5.3管翅式换热器及发展趋势 (8)
1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状 (9)
2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素 (11)
2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响 (12)
2.2管排数对换热特性和压降特性的影响 (12)
2.3管径对换热特性和压降特性的影响 (13)
2.4管间距对换热特性和压降特性的影响 (13)
3．不同翅片经验关系式总结及比较 (14)
3.1 平直翅片经验关系式的总结 (14)
3.2 波纹翅片经验关系式的总结 (18)
3.3 百叶窗翅片经验关系式的总结 (23)
3.4 开缝翅片经验关系式的总结 (26)
4．四种翅片经验关系式比较 (31)
结论 (38)
参考文献 (40)
致谢 (44)
1绪论
1.1课题背景及研究意义
换热器是国民生产中的重要设备，其应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空等各工业部门。例如，过路热力系统中的过热器、省煤器、空气预热器、凝汽器、除氧器、给水加热器、冷却塔等；金属冶炼系统中的热风炉、空气或煤气预热器、废热锅炉等；制冷及低温系统中的蒸发器、冷凝器、回热器等；石油化工工业中广泛采用的加热及冷却设备等，制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，这些都是换热器应用的大量实例。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占有很重要的地位。例如在是有化工工厂中，它的投资要占到整个建厂投资的1/5左右，它的重量站工艺设备总重的40%；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资站总投资的25%。由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临这能源短缺的局面，各国都致力于新能源的开发，并积极开展预热回收及节能工作，因而换热器的应用又与能源的开发及节约有着密切的联系。在这一工作中，换热器也充当着一个重要的角色，其性能的好坏也直接影响到能源利用的效益。热交换器作为一种利用能源与节约能源的有效设备，在余热利用、核能利用、太阳能利用和地热利用等方面也起着重要的作用。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高，因而对换热器性能的要求也日益增加。特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求，对它的研究也就显得更为重要。因此，在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求。1.2管翅式换热器简介
换热器是热力系统的关键设备，管翅式换热器是比较常用的换热器结构形式。翅片分为单、双或多排结构。这种形式的换热器具有结构简单，便于加工、装配的特点，广泛的应用于石油化工、航空、车辆、动力机械、空分、深低温领域、原子能和宇宙航天等工业部门。
管翅式换热器的基本结构是由翅片、隔板、封条和导流片组成的通道。它是在金属平板上放一翅片，然后再在其上放一金属平板，两边以封条密封而组成一个个基本单元。管翅式换热器的芯体则是由多个这样的单位组成。如果对各个通道进行不同的叠置和排列并钎焊成整体，即可得到最常用的错流、逆流、错逆流管翅式换热器芯体、管翅式换热器内可组成各种形式的流道，为使流体分布更加均匀，在流道的两段部均设置导流片，在导流片上开设许多小孔，使流体能够相互穿通。一般情况下，从强度、热绝缘和制造工艺等要求出发，芯体顶部和底部还各留着若干曾假翅片层。在芯
体的两段配置适当的流体出入口封头，即可组装成完整的管翅式换热器。
翅片是管翅式换热器的最基本的原件，传热过程主要是依靠翅片来完成的，一部分直接由板来完成。翅片与隔板的连接均为焊钳，因此大部分热量经翅片，通过隔板传到了冷流体。由于翅片传热不隔板是直接传热，故翅片又有“二次表面”之称。二次传热表面一般比一次传热表面的传热效率低。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用，所以尽管翅片和隔板材料都很薄，但其强度很高，故能承受较高的压力。
1.3管翅式换热器的特点
1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。
2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。
3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。
4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。
5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。
6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。
1.4 管翅式换热器的换热过程
在空调中，换热器的结构采用铜管套翅片而组成传热管束，即锡翅片穿在直径较小的紫铜管上。
管翅式换热器换热过程：制冷剂(高温)通过铜管将热量以热传导的方式传递给管外的翅片，翅片将热量以对流的方式传递给其表面的的冷空气(常温)，通过不停吹入新的冷空气达到增强冷却的目的。管翅式换热器的翅片结构形式对其传热性能和阻力性能有很大的影响。
管翅式换热器的翅片型式很多，从最初的平直翅片到波纹翅片、银齿形翅片、百叶窗式翅片及打孔式翅片等。平直翅片加工制造方便、不易发生变形及装配简单。波纹翅片可使介质的流向不断改变以促进瑞流，提高传热效率，强化换热，可用于压力较高的气体场合本文研究了倾角均匀的波纹翅片及新型的倾角渐增的波纹翅片和前平直后倾角均勾的波纹翅片的圆管换热器的翅片结构对流体流动和换热过程的影响。
1.5研究现状
1.5.1国外实验及模拟研究进展
1973年，Rich[28]实验研究14种不同结构平翅片，结果表明，在其研究范文内，，翅片间距不影响传热效率，单根管子的压降和管排数无关。1974年，Saboya等[29]首次在复杂的单排平翅片管换热器的翅片侧利用实验定量计算局部传热系数，总结出翅片表面局部Sh数的分布;得出翅片管上游的局部换热系数较高，下游的局部换热系数较低。1978年，McQuiston[6]得出特定结构参数下的翅片换热及压降关联式。而后Xu[31]模拟研究空调单元中蒸发器的湍流流动。利用热线风速仪技术得到平均速度值和流动的湍流参数，由于凝结物的影响，实验结果会有流动干扰;运用U-e瑞流模型榄拟空调单元空气流动，得到的结架十分准确，再加上QUICK方法得到的平均速度提供了更加准确的结果。另外，混合网格能快速达到收敛，并很好与实验结架达到一致。1996年，Rammohan Rao[47]等实验研究水平翅片自然对流和辐射换热的关系。借助干涉仪和数侦微分方获得对流换热量和福射换热量，并得到Nu和Re的关联式。1998年，Abumadi[48]等人提出前人得到的换热及压降关联式对结构参数耍求过十局限，对28种不同结构参数的翅片管换热器进行实验，风速范围内为l-20m/s，分析管排数、翅片的厚度、翅片间距以及管排间距等参数对换热因子与摩擦因子的影响。实验表明：翅片类型影响换热因子和摩擦因子，管排数对阻力系数几乎无影响;翅片厚度越小，传热性能越好。同年，Meyer[42]采用实验研究了空气的入口尺寸和出口速度分布都影响换热器的空气流动特性。Atkinson等[49]对百叶窗形式的翅片管换热器用Star-CD进行了二维与二维数值模拟。1999年，Wang[15]等提出，通过增加翅片密度并促进流体瑞流，可以增加紧凑型气-气换热器空气侧流体的换热面积。增加翅片密度形式多样，例如平翅片、条缝翅片、西叶窗翅片等等。该作者在原有气换热器基础上，用三种方法增加条缝翅片，做大量实验检测换热器性能，实验结果表明：换热系数和压降值随翅片密度的增加相应增大。2001年，Meyer[42]又对翅片管换热器的入口处中气流动损失进行实验研究，发现入口交气流动损失量与通过换热器的中气平均速度无关，而与入口处空气和进口的倾斜角有关;利用实验结果总结出无量纲压降报尖系数。在文献[42]中，作者对9种结构不的双金属螺旋翅符进行了传热和阻力性能的分析。水在管内流动，交气垂直流向管子，为获得传热系数采用NTU法，给出了气侧压降关于几何参数的关联式。结来表明，空气侧的传热系数比文献中关联式大20%左右，;空气被冷却得到的换热系数比空气被加热得到的换热系数大。研究发现，翅片间距降低，管排数倍加，其余结构参数不变的情况下，空气侧换热系数降低：针对不同排管的换热器，以管外径为均最进径，R e数变化范围从500到900，翅片间距从l5.0mm降低到7.5mm，空气侧换热系数会降低大约10%;同翅片间距情形下，管排数从1增加到4，换热系数会逐渐降低;与顺排换热器相比，叉排换热器提高了换热性能。2007年，
Sahin等[1]三维数值模拟研究平翅片管换热器进口角度和换热特性的关系。2009年，Naphon[50]模拟研究波纹片结构参数对温度和流动分的影响。得出在热流条件情况下，流体流过波纹片，不断破坏热边界条件：波纹夹角的大小影响换量。所以，V型波纹片是增强换热和加强换热器紧密性的好方法。2010年，Choi[41]等对34个不同结构尺寸的换热器进行实验研究，得出结论：不连续的翅片换热器的j因子方程式与式结构尺相关，对于翅片间距从7.5mm变化到15mrn的情况，不连续平翅片换热器的j因子比连续平翅片管换热器的J因子高6.0%-11.6%。2010印，BoiTajo-Pelaez等[44]对平翅片管空气侧换热特性模拟。以前对空气侧换热特性的模拟只是分析换热器空气侧，而把翅片与管壁温度设为定值。该作者模拟的目的是证明只考虑空气侧的情况与同时考虑空气与水侧流动特性的情况存在不同，从数、翅片间距、管径尺寸、翅片长度和翅片厚度等几个方面讨论，得出换热值更加精确，更好的预测换热性能，该文章的模拟效果更接近实际情形。由于设备运行中热量散失增加，需要研究新方法提高冷凝器的换热性能。作者研究了在翅片表面开厂角翼处理，这一设计形成的纵向祸流促使冷热流体的混合，强化了换热。2012年，Aslam Bhutta[43]总结CFD在换热器研究领域的应用以及实现模拟效染所使)U的算法。通过前人的模拟结果可知CTD软件是展示换热器性能的有效工具。
1.5.2国内研究现状和数值模拟
数值模拟的基础是数值传热学，数值传热学是指对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法，通过计算机求解的一门传热学与数值方法相结合的交叉学科。数值传热学的基本思想是把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场（例如速度场，温度场，浓度场等），用一系列有限个离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则建立起这些离散点变量值之间关系的代数方程（称为离散方程）。求解所建立起来的代数方程从而获得求解变量的近似值。数值模拟研究方法主要集中在下面两个方面：（1）几何参数对换热及流动的影响；
（2）雷诺数Re 对换热及流动的影响。
通过数值模拟可以得到整个流场的基本信息，再通过计算得到想要的性能参数（如Nu、压差Δp、换热因子j、阻力因子 f 等等），对这些数据进行对比观察，得到所要结果。
王先超、水黎明[40]等人，通过对波纹翅片数值模拟的分析，得出了影响波纹翅片换热因子j和阻力因子f 的因素，同时把不同雷诺数Re下的波纹翅片与矩形翅片（即平直翅片）、矩形开缝翅片（平直翅片开缝得到）进行了分析比较。结果发现：翅片厚度对波纹翅片的换热因子j 和阻力因子f 影响不大，但翅片间距sf对波纹翅片的阻力因子f 影响较大；雷诺数Re 在400～2000 范围内时，波纹翅片的换热因子j 是同雷诺数下矩形翅片的2～28 倍之间，阻力因子 f 是同雷诺数下矩形翅片
的28～4 倍；雷诺数在2000～10000 范围内，波纹翅片的换热因子j 是同雷诺数下矩形翅片的2～28 倍之间，阻力因子 f 是同雷诺数下矩形翅片的35～4 倍；波纹翅片与矩形开缝翅片的阻力因子j 随雷诺数的变化很小，两者非常接近。
李媛[26]等人以 3 种常见的翅片类型(平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片)为研究对象，利用标准k-ε双方程湍流模型求解三维Navier-Stokes方程，采用计算流体动力学(CFD)方法模拟和分析了板翅式换热器单通道中，不同结构参数和操作参数对翅片表面换热与流动的影响，并将不同实验参数下的数据制作成曲线图表，发现3种翅片的换热因子j 和阻力因子 f 随雷诺数Re 的增大而递减，这与他们的实验[24]得出的结论是一致的，这就说明了：将数值模拟方法应用于翅片表面换热和流动特性研究是可行的。然后进一步分析了波纹翅片的波幅与翅片间距对其表面换热与流动性能的影响规律，结果发现：波纹翅片的波幅越大、翅片间距越大，换热因子j 越大，即传热效果越好。最后把3种翅片在相同操作条件下的j因子和f因子进行比较发现：锯齿翅片和波纹翅片的传热性能优于平直翅片，说明改善换热器换热表面的几何形状对板翅式换热器的性能影响至关重要。
王维斌、傅宪辉、吴茂刚[25]等人以波浪形翅片和人字形翅片为研究对象，在合理简化条件下给出了物理模型和数学模型，通过对不同进口风速下翅片通道的换热和流动特性进行了数值模拟研究。通过对传热系数，Nu数，压降以及涡量分布的对比分析，结果表明：波纹翅片改变了流体的流向，增加了换热面积，增强了流体扰动，由于漩涡的形成与分离，减薄或者破坏了热边界层的连续发展，使其换热特性得到有效强化；同时也增大了阻力损失，但是换热增加的幅度要大于阻力增加的幅度。随着风速的增加，翅片表面的换热系数、Nu 数以及压降也随之增加。在相同的模拟条件下，人字形翅片的换热性能高于波浪形翅片，但是阻力损失却相差不大，波浪形翅片在减少流动损失方面没有很大的优势。两者流动与传热特性的差别，主要是因为翅片流场中漩涡的形成与脱落存在差异。
黄小辉、毕小平[27]等人通过建立一个板翅式机油散热器冷却空气侧波纹翅片通道的稳态湍流数学模型。作者以波纹形翅片表面为研究对象，利用Fluent 软件，进口条件设置为流量进口，出口条件为压力出口，翅片表面和隔板设置为壁面，并在进出口处分别设置延伸段来使流场充分发展。采用标准k-ε湍流模型和SIMPLE 算法求解三维Navier-Stokes方程，模拟和分析了板翅式散热器双通道不同参数对翅片表面传热与流动阻力的影响，发现：阻力系数随着进口流速的增大而减小。通过分析得到了阻力系数与平均流速的拟合函数，计算结果与实验数据基本吻合，更进一步说明CFD 方法的可行性。
总之，可供使用的多种翅形j 因子和 f 因子数据已有不少，但可供设计计算使用的拟合关联式却很有限．因此，应用计算流体力学(CFD)，流动可视化技术和模拟
测试来研究翅片换热和流动的本质，并建立j 因子和 f 因子数据库将是今后十分重要的工作。
从上述的文献综述可看出，大量学者对翅片管换热器的换热特性进行研究并取得了一定的成果，但还存在如下儿个问题：
(1)目前对平翅片管换热器的流动与换热特性研究得比较多，对波纹翅片管换热器的研究还不够完善，或者说针对波纹翅片管换热器的换热机理研究不够;
(2)多数文献中针对管排数较少的翅片管换热器研究，而对多管排形式下的翅片管换热器研究较少;
(3)目前对波纹翅片管换热器表面的流动与换热特性的研究主要集屮在实验研究方面，由于其结构的复杂性，数值模拟工作开展的较少。然而实验只在一定范围内对换热及肌力特性进行研究，获得具有很大局限性的经验关联式，对于多管排形式下的换热器中各管区域的换热特性不能进行细致的研究。
1.5.3管翅式换热器及发展趋势
20世纪60年代以前，普通的管翅式换热器多采用表面结构未做任何处理的平翅片，这种形式的翅片除增大换热面积来达到强化传热的效果以外，再无其他强化传热作用。
直至目前，这一方法仍是所有各种管式换热面强化传热方法中运用的最为广泛的一种。管翅式换热器是人们在改进管式换热面的过程中最早也是最成功地发现之一。它不仅适用于单相流体的流动，而且对相变换热也有很大的价值。
通过调整换热器的翅片间距，设计成为变翅片间距，实现结构优化，并对其换热性能与改进前换热器进行对比计算，提高了换热器的传热系数。本方法适用于将该换热器用于低温制冷系统中的蒸发器。当气流通过蒸发器时，由于空气中的水蒸气不断地在翅片管表面沉积，空气由于除湿作用相对湿度降低，沿气流方向翅片盘管表面结霜量是递减的，如果采取变片距结构，可以在结霜条件下保持其较高的传热效率，并延长其冲霜时间。当蒸发器采用变翅片间距结构时，实际上已构成了翅片的错列分布，当空气横掠错列翅片时，翅片的交错分布使得上游翅片对下游翅片有绕流作用，由于前面翅片的绕流，翅片的前半部分换热加强，后面的翅片的分布又使得流道变窄，流速提高，翅片后半部分的换热也得到强化。
通过变翅片间距的结构改进，冷风机在外形尺寸即高度、宽度和管总长度不变的前提下，在结霜工况下运行时仍可保持较高的传热系数，且采用变翅片间距结构的冷风机比等翅片间距结构冷风机的传热系数提高了9.8％，且传热面积有所提高，通过提高传热系数和传热面积从而达到强化传热的目的。
加强管内流体流动，管内壁加工变螺距内螺纹。在不增大整体设备尺寸的前提下，增加其内表面换热面积，加强管内流体的扰动，在原有换热器的管内壁上加工变螺距
内螺纹。当管内工质换热系数较大而管外工质换热系数较小时，管外的对流传热热阻将成为传热的主要阻力。采用扩展表面，对于缩小换热器体积，提高换热器效率有很重要的作用。目前，已经开发出了针状翅片、波纹翅片、百叶窗翅片、三角形翅片、单面开槽条形片、裂齿矩形翅片等等。
管内表面积的增大主要集中在异型管的开发方面，综观各种不同形状的强化管，其共同特点是在兼顾压降的同时，传热面积都有不同程度的增加，并通过两种机理提高其传热系数进行强化换热。传热边界层是限制传热系数提高的最主要因素，它产生于靠近管壁的层流底层，并有一个逐渐增厚的过程。管壁的粗糙以及规则出现的沟槽、凸肋，会破坏贴壁层流状态，抑制边界层的发展。同时沟槽和凸肋对流体的限流作用有助于边界层的减薄，而绕流作用使流体产生轴向旋涡，可致使边界层分离，流体主体径向温度梯度减小，有助于热量传递的进行。
在已加工好的管壁内部加工变螺距内螺纹，不但可以扩大管子的内表面积，增加传热面积，并且由于管子不再是光管，内部有螺纹所以内壁变得粗糙，可以破坏层流边界层，使管内的制冷剂的流态变成紊流，从而提高管内对流换热系数。同时，因为采用变螺距，沿着流体流动方向螺距从大变小，这样可增强流体的扰动，强化流体的换热系数。
1.6 管翅式换热器的不同形式的翅片研究现状
翅片的形式，到目前为止一出现以下几种：平直翅片、多孔翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅、百叶窗翅片、片条翅片等。常用的有平直翅片、百叶窗翅片、条缝翅片和波纹翅片。
1.6.1国外研究现状：
（1）平直翅片
Rich[28]发现翅片间距对传热系数有着显著的影响，而管排数对空气压降几乎没有什么影响。Sparrow[31]在研究此问题时指出，边界层的发展是制约但排灌换热特性的重要因素。Torikoshi[29]对板间通道进行了三维数值模拟，发现只要翅片艰巨足够小，管子后漩涡江北翅片的壁面效应所以只，此时整个流场将处于层流状态。Ricardo[51]也对板间的流体行为进行了三维模拟，他借助可视化实验技术，揭示了翅片间距对流动及传热行为的不用影响趋势，对于一定的约束条件，翅片间距存在强化传热的最佳值。
（2）波纹翅片及开缝翅片
Bemard[30]对波纹翅片通道内传热机理进行研究，发现存在临界Re，管排数对传热影响趋势与平直翅片相反，但变化的量值壁平直翅片管束要小得多。Goldstein[31]采用质热比拟技术进行研究，认为波纹翅片的传热比平直翅片提高45%。
Nakayama[31]对3种结构的开缝翅片进行实验研究，得到了传热和流阻的关联式。
DeJong[33]等人研究发现，流体通过条缝后漩涡首先在下游出现，随着Re的下降而下降。
（3）百叶窗翅片
Fiebig等人[52]采用漩涡发生器强化传热，当攻角为45°时，传热可提高20%左右，阻力比没有漩涡发生器时增加了10%。Torri等人在Fiebig等人的基础上，进一步安装135°起涡器，实验发现阻力将降低34%~55%。Leu等人对椭圆管、圆管百叶窗换热器进行了数值模拟研究，结果表明管子背风侧的换热恶化，百叶窗的窗片前缘效应在强化传热中起到了重要的作用，对比椭圆管与圆管的总体换热行为，发现椭圆管的强化传热能力没有人们以前预想的好。
1.6.2国内翅片的发展现状：
（1）平直翅片
康海军[9]对9种平直翅片管的传热与阻力进行了实验研究，发现翅片艰巨对传热的影响依赖于临界雷诺数Re。对于层流，翅片艰巨增加，换热下降，阻力减少，且2排管的性能优于3排和4排。何江海则进行双排管整体翅片的数值模拟，得到了速度与压力场分布，气体速度在0.5~3.5m/s内，对流给热系数及压降均随流速呈线性增长。何雅玲[46]等人采用树枝模拟方法研究了多排管束管子纵横向间距对传热的影响，认为传热随其纵横间距的增大而减小，进一步场协同原理总体平均分析表面，横向管距越小，纵向管距越大，场协同性越好
（2）波纹翅片
辛荣昌[19]的研究表明，翅片艰巨的影响受控于管排数，翅片艰巨越小，阻力系数f越大，而且管排数对阻力系数的影响很小。Wang[15]的研究表明，翅片间距对传热的影响忽略不计，但对阻力影响较大，与平直翅片相比，传热提高了55%~70%，压降增大66%~140%。张恩泽[20]的研究发现，从单位体积或单位阻力换热量来说，翅片间距为3.26~3.33mm波纹翅片综合强化传热性能较好。对于强化传热的机理，一般认为，波纹翅片可以降低临街Re，引入绯闻太流动提高了流体微元的局部混合及分布的横向均匀性。
（3）百叶窗翅片
张智[45]采用Fluent软件模拟双排管弧形百叶窗翅片片厚、翅片间距、翅片宽度对换热量及传热j银子的影响。结果表明，迎风侧的强化传热成都高于被背风侧。翅片跨度变化对总体换热量几乎没有什么影响，翅片间距变大会使整体换热量降低，因为换热强度的微弱提高不能补偿单位管长换热面积的下降造成的传热损失，这说明采用小间距薄翅片是一种强化传热的措施，但同时也给带来了翅片刚度的下降及管翅间接热阻上升的问题。
(4) 开缝翅片
Wang[15]研究了12种开缝翅片结构，发现翅片间距对传热和压降有显著影响。管排数为1时，翅片艰巨减小传热增大。管排数大于4时，翅片间距对传热压浆的影响趋势相反。涡旋的脱落及涡旋的震荡效应是强化传热的根本原因。Du对7.52mm管径的研究表明，当Re<2000时，单排管换热性能大于多排管。Tao[53]基于场协同理论，通过数值模拟研究，根据翅片背风侧场协同能力较弱，而前缘的较好，提出了前疏后密的新结构，在阻力几乎不上升的情况下，传热可提高20%以上。开缝翅片利用间断表面来一直边界层的增长及冲条的前缘效应来强化传热，但目前多冲缝角与片宽还没有更深入的研究。
2影响翅片换热和压降性能的主要结构因素
2.1翅片间距对换热特性和压降特性的影响
对于平翅片：在低雷诺数ReDc<5000的情况下，换热系数随着翅片间距的减小而增大，在高雷诺数ReDc>5000的情况下，翅片间距对换热系数的影响较小可以忽略。当管排数(N≥4)时候，空气流通过换热器时，将产生周期性的变化，并且产生涡流。较大的空气流速和较大的管排数将造成沿翅片的涡流出现，因此这时翅片间距的对换热系数的影响可以忽略不计。Torikoshi[29]etal(1994)曾对单管平翅片进行了3D数值分析，他们的研究发现当翅片间距足够小，如：Fp/D=0.17的时候，在管子后产生的涡流将被抑制，整个流场将保持平稳和层流的状态;但当Fp/D=0.3的时候，在管子后的涡流的横向宽度将显著增加。由此也证实了实验研究的正确性。而对波纹形翅片;翅片间距对换热因子的影响可以忽略不计。
对于间断式翅片(条缝形翅片和百叶窗翅片);由于两者虽然在换热机理上相同，但其换热特性与压降特性也有不同之处。翅片间距对条缝形换热器的换热及压降特性有显著地影响：当N=1时，换热特性随着翅片间距的减小而增大;当N≥4时，翅片间距对换热的影响正好相反。这主要与空气通过换热器的流型有关，当达到临界雷诺数时，间断表面将造成涡旋脱落，通过涡旋的自身振荡可以加强流动换热。对百叶窗式翅片：在干工况下，翅片间距对压降特性的影响相对较小;而在湿工况下，翅片间距对换热性能的影响很小，然而翅片间距对压降性能有显著的影响。例如：翅片间距Fp=1.2mm 的换热器要比Fp=2.5mm的换热器压降大30%~50%。
2.2管排数对换热特性和压降特性的影响
对于平翅片：对于管排数N=1，2，or4时，当ReDc<3000时，由于边界层的影响，换热因子将随管排数的增加而减小。Xietal(1997)指出在低雷诺数的情况下，由于流速场和温度场均保持层流，因此在任意翅片间距下，换热系数将随着管排数的增加而减小;然而当ReDc>3000时，管排数对换热的影响将减小。在高雷诺区，空气流速与温度的在换热器内部的分布，由于涡流的产生和脱落，而变得不稳定。因此将产生高的换热系数，并且管排数对换热的影响逐渐减弱。
对于波纹形翅片：
1)对错排管布置，低雷诺数下管排数没有对换热系数和摩擦系数有明显的影响;而在高雷诺数下，换热系数会随着管排数的增加而增加。
2)对于顺排管布置，在低雷诺数下换热系数会由于边界层厚度的增加而减小;而在高雷诺数下，换热系数会随着管排数的增加而增加。
间断式翅片(条缝形翅片和百叶窗翅片)：
对于条缝形翅片：当Re<1000时，第一排管的换热性能大于其它的管子;当
Re>1000时，第一排管的换热性能略低于其它的管子。这是由于涡流的脱落造成。由Wang[17]etal对紧凑条缝结构管排数为1、2、3换热器的研究发现，管排数对摩擦因子的影响相对较小。但是Re<1000时，翅片间距Fp=1.2mm时，换热特性会随着管排数的增加急剧降低。对于多排管，当Re>1000时，管排数的影响十分小。2)对于百叶窗形翅片;当ReDc<2000时，管排数对换热特性有显著的影响，换热因子会随着管排数的增加而减小;当ReDc>2000时，管排数的影响相对较小。
2.3管径对换热特性和压降特性的影响
对于平翅片：对于单排管和双排管，Dc=8.51mm时的换热系数比Dc=10.23mm 的稍高;但Dc=10.23mm的压降却比Dc=8.51mm的要大10%~15%。管径越大的，造成的管后的无效面积也越大。换热系数随着换热管管径的减小而增大。而对于其它的翅片类型(波纹形翅片、条缝形翅片、百叶窗翅片)，采用小管径的换热管，同样可以减小管排的拖曳作用，同时增大管外换热系数。如：对百叶窗翅片，当迎面风速Vfr<1.5mm/s时，采用小管径的多排管结构有利于提高换热器的换热性能，并却能够减小10%的压降损失。
2.4管间距对换热特性和压降特性的影响
对于平翅片：实验发现纵向管排间距Pl=22mm的压降与Pl=19.05mm的压降差别不大，管排间距对换热特性和压降特性的影响有大。对间断式翅片表面的研究发现，百叶窗翅片，在干工况下纵向管排间距Pl=22mm和P1=19.05的换热特性差别不大，但Pl=22mm的压降损失要比Pl=19.05mm的压降失大6%~12%，如：雷诺数Re=1000时，Pl=22mm的摩擦系数要比Pl=19.05mm的摩擦系数大28%;而雷诺数Re=5000时，Pl=22mm的摩擦系数要比Pl=19.05mm的摩擦系数大52%。在湿工况的情况下，管排间距越大，越有利于凝结水的排放，而使换热器的压降损失降低。
3不同翅片经验关系式总结及比较
3.1 平直翅片经验关系式的总结
管翅式换热器有很多种不同的翅片形式，比如波纹翅片、百叶窗翅片和开缝翅片等。强化翅片表面相比较平直翅片来说能够显著增强换热系数，但是平直翅片仍然应用的最为广泛，这是因为平直翅片在其长期运行过程中的可靠性和低阻力特性。在过去很多年内许多研究者致力于研究平直翅片的换热特性和阻力特性，Wang[1-5]等人从1971年开始在这方面做出了很多有影响的工作。图1是平直翅片翅管式换热器的简图。
图1 平直翅片翅管式换热器简图
关于以错排方式排列的平直翅片换热器换热特性和阻力特性的最早发表的经验关系式是由McQuiston提出的[6]，但是Gray和Webb[7]指出其摩擦因子的预测能力非常有限。Gray和Webb[7]的经验关系式对摩擦因子的预测能力有了很大的提高，而换热经验关系式主要还是McQuiston[6]提出的经验关系式的内容。需要指出的是Gray 和Webb[7]的经验关系式主要范围是较大的管径、较大的横向管间距、较大的纵向管间距和较多列数的管束。其关于j因子的关系式为[7]：
0312
.0
502
.0
328
.0
4
)
(
)
(
Re
14
.0
c
s
l
t
D D
F
P
P
j
c
-
-
=（3-1）
)
4(
607
.0
031
.0
092
.0
4)
)
4
(
Re
24
.2(
991
.0N
D
N
N
j
j
c
-
-
-
=（3-2）把Gray和Webb[7]的经验关系式用于较小的管径结果并不好。因此Wang等对较小管径的换热器经验关系式进行了修正[1]，如下：
（3-3）
其中，c D Re 是基于tube collar diameter 的雷诺数。
Wang [1-5]等人指出，小管径、小纵向管间距和小横向管间距的翅管式换热器现在越来越流行，这是因为它能够显著提高热工水力特性和节约能源。但是，以前发表过的关系式大部分是基于管径较大的管子，比如说管径为9.52mm ，12.7mm 和15.8mm 。而对于较小的管径比如说7.94mm ，7mm 和6.35mm 的数据根本没有。文献[8]提供的空气压缩机中冷器的管径为8mm ，10mm ，12mm 和14mm 。Wang 等人在文献[2]中给出以下经验关系式：
对于管束列数1=N 时，
2
786.0084.1129
.0)()()()(
Re 108.0j t
p h p c p j l t D P F D F D F P P j c
---= （3-4） )ln(Re 23.09.11c D j -= （3-5） )ln(Re 126.0236.02c D j +-= （3-6）
对于管束列数2≥N 时，
93.06
5
4
3
)(
)(
)(
Re 086.0-=t
p j h
p j c
p j j D P F D F D F N j c
（3-7）
))(ln(158.0)ln(Re 042.0361.0341.0c p D D F N N
j c +--= （3-8）
)ln(Re )/(076.0224.1442
.1c D h l D P j --= （3-9）
)
ln(Re 058.0083.05c D N
j +
-= （3-10）
)Re ln(
21.1735.56N
j c
D +-= （3-11）
摩擦因子f 的经验公式为：
3
1
)()(Re 0267.02f c
p f l t f D D F P P f c
= （3-12） 0.3280.5020.0312 1.2840.357Re ()
(
)(
)
c
t s t D l
c
c
P F P
j P D D ---=
N
D F P P f c p l t
00758.0177.0739
.0764.01-
-+-= （3-13） )
(Re log 021
.64689.152c D e f +
-= （3-14）
)
(Re log 695
.15696.13c D e f -
= （3-15）
Wang 等人[14]和 Rich [28]都指出换热器管束为4列时，翅片距对于平直翅片翅管式换热器的换热效果的影响很小。但是，当1=N 或2并且3000Re 300<
Wang 等人还对潮湿环境下的翅管式换热器进行了研究[4]。在潮湿的工作环境，翅片的表面温度通常低于露点温度，因此湿蒸汽会在翅片上凝结。Wang 等人.指出j 因子对于进口的相对湿度相对地不敏感，因此j 因子的经验关系式里没有考虑进口环境的影响。但是进口环境对摩擦因子的影响与对换热效果的影响相反，对于小翅片距进口环境对摩擦因子的影响很大。相对湿度对范宁（Fanning ）摩擦因子的影响在摩擦因子经验关系式里由冷凝膜（condensate film ）的雷诺数film Re 来表示。 j 因子的经验关系式为：
291
.16795.0352.11
)()(
Re 36.19-=N
P P D F j t
l c
p j D c （3-16） 19
.012.024.0)(
)(
554.13745.01--=N
P P D F j t
l c
p （3-17） 范宁（Fanning ）摩擦因子f 的经验关系式为：
117.15827.04
321
)()()()()Re 10(Re 55.16--?=c h
c
D D
h
p f t l f po o f film f D e D F P P A A f （3-18）
)Re 9(log )(
187.77339.015.2film e l
p P F f +-= （3-19）
9
.0))((
log 5417.02c
p po o e D F A A f -= (3-20)
)(Re log ))(
Re 6(log 02722.032
.3c D e t
l film e P P f = (3-21) )(log )(
log 2973.04c
h e po o e D D
A A f = （3-22） 在文献[5]中，Wang 等人指出，在低雷诺数时，平直翅片管翅式换热器的最大j 因子发生在较大的管子列数和较小的翅片间距；试验数据表明管束列数对f 因子的影响很小。对于6列管子的换热器，当雷诺数低于2000时，换热系数有了很大的减小，而当雷诺数在2000到7500之间时，管束列数的影响消除了；对于平直翅片管翅式换热器，翅片的厚度对于j 因子和f 因子的影响都可以忽略。其经验关系式为：
212.00897
.00449
.0392
.0)(
)
(
Re 394.0----=c
p c
f
D D F N
D j c
δ （3-23）
197.00936.0104.0418
.0)(
)(
Re 039.1----=c
p c
f
D D F N D f c
δ （3-24）
在国内，康海军[9]研究了3种翅片间距（分别为2.0mm 、2.6mm 和3.2mm ）和3种管束列数（分别为2、3、4）的9个平直翅片管翅式换热器的换热和阻力特性。通过试验康海军[9-19]指出在Re <(2～3)×103范围内，随着翅片距的增加，换热系数是降低的，并且随着Re 数的增加，翅片距对换热效果的影响逐渐减弱。当Re >(2～3)×103时，随着翅片距的增加，换热系数是增加的，并且随着Re 的增加，翅片距对换热效果的影响逐渐增强。在相同的Re 数下，翅片距越小，阻力系数越大；在相同的翅片距下，随着Re 数的增加，阻力系数曲线逐渐趋于平坦。康海军[9-19]还对管数列数的影响进行了分析，他认为Re ＝560～4.5×104范围内，相同翅片距下，2列管束的换热性能优于3列管束和4列管束，而3列管束和4列管束的换热性能没有明显的差别；在相同的翅片距下，不同的管束列数的阻力系数相当接近，在工程计算所允许的误差范围内，可以认为管束列数对阻力系数没有什么影响。最后康海军给出了换热和阻力的关系式，如下：
159
.0887.0424
.0)()(
Re 982.0--=c
l c s D D NP D F Nu c
（3-25） 94
.0454
.0)(
Re 504.5--=c
s D D F f c
（3-26） 何国庚等[10]分别对16列、26列和32列的平直翅片空气冷却器进行了实验，指出风
速对风侧阻力的影响并不相同：在较少管束列数时，风速的影响显著些；而随着管束列数的增加，风速的影响也趋向稳定。何江海在文献[11]中对平直翅片管翅式换热器
进行了数值分析。欧阳新萍在文献[12]和文献[13]讨论了管束以顺排方式和错排方式对换热器换热特性和阻力特性的影响。
对上述公式进行比较，如表1所示，发现表1中公式2对于平直翅片管翅式换热器的换热特性和阻力特性描述的最好。
3.2 波纹翅片经验关系式的总结
波纹翅片是最常见的强化翅片形式。波纹翅片有两种形式：人字形波纹翅片和光滑波纹翅片，如图2所示：
（a）人字形波纹翅片（b）光滑波纹翅片
图2 波纹翅片示意图
由于空冷器的热阻主要是在空气侧，它占了热阻的85％甚至更多。因此，为了有效地提高换热效果和减小空冷器的尺寸和重量，常常用到强化换热表面。波纹翅片是用来提高换热效果的几种常用翅片形式之一。波纹翅片表面能够延长空气流动的路径，因此，相比较平直翅片来说有更好的换热效果。
Wang等人对管束列数和翅片的排列形式进行了研究[14]。当管束以错排方式排列时，f因子随着雷诺数的增大而减小，并且除了管束为1列之外f因子随着管束列数的改变并没有变化。1列管束的f因子相比多列管束来说较低，这是因为实际上1列管束并没有以错排方式来排列。因此1列管束的f因子比多列管束的f因子低10％到20％。对于2列、3列和4列管束来说，当雷诺数小于900时，试验数据显示随着管束列数的减少换热系数稍稍有点增大。当雷诺数大于900时，换热系数随着管束列数增大而增加。其原因是在高雷诺数区域时，下游空气能够混合的更好。当雷诺数减小时，下游空气的扰动减小甚至消失，在圆管后面就形成漩涡。这样管束列数的影响就颠倒过来。同时试验数据表明翅片距对换热系数几乎不起作用。对于管束以顺排方式排列时，管束列数对f因子的影响很小，然而相比较错排方式，管束列数对换热系数的影响却很大。在低雷诺数时，换热系数先随着管束列数的增加而减小，在高雷诺数区域，管束列数的影响几乎可以忽略，临界雷诺数大概为2000。以顺排方式排列的传热特性与以错排方式排列换热器换热效果不同有两个原因：（1）在低雷诺数区域传热边界层增加，并且在高雷诺数区域传热边界层被破坏，（2）较小的旁通空气流量。文献[14]还指出，波纹翅片的传热效率相比较平直翅片的换热效率增加了55％到70％，但是摩
擦因子恶化的程度更高，增加了66％到140％。文献给出关于j 因子和f 因子的经验关系式为：
921
.2)
Re (ln 201.1σ
c D j =
（3-27）
098.0096.064
.2)())
(ln(Re 67
.16N A A f t o D c -=
（3-28） Wang 等人对较小管径的波纹翅片管换热器[15]和较大管径的波纹翅片管换热器[16]
进行了研究，给出了相应的换热效果和阻力特性的经验关系式。较小管径波纹翅片管换热器的经验关系式如下[15]：
428
.04321
)()(tan )(
Re 324.0N
P P P F j j t
l j j t
p j D c θ= （3-29） )tan 5.0ln()(
)(
115.0229.01284
.054.06.0θ-+-=N D P D F j h
l c
p （3-30）
303
.2)ln(Re 232.0251.0237
.1-+-=c D N j （3-31）
93
.073.109.0)(
)(
439.03---=N
P P D F j t
l h
p （3-32） )54.2)(ln(Re
502.04-=c
D j （3-33）
0916
.03796.135.5321
)())(ln(
)(
)(tan Re 01915.0--=N
D D A A P F f c
h t o f l
p f f D c θ （3-34） 5.158.0))(tan ln(
)(
01336.04604.01--=θt
o
t
p A A P F f （3-35）
)ln(
)(
247.324.1t
o
t
p A A P F f = （3-36）
)
ln(Re 113
.203c D f -=
（3-37）
较大管径波纹翅片管换热器的经验关系式如下[16]：
317
.0343.127.0456.01
)
(
)()(
Re 79097.1f
d c
p f
l
j D X P D F N P j c ---=δ （3-38）
流程布置对翅片管换热器换热性能影响的研究现状与展望
流程布置对翅片管换热器换热 性能影响的研究现状与展望Ξ 姜盈霓1),2) 虎小红1) 1)(武警工程学院) 2)(西安交通大学) 摘 要 综述国内外在流程布置对翅片管换热器换热性能影响方面的研究进展,并针对存在的问题指出今后的研究方向。 关键词 流程布置 翅片管换热器 冷凝器 蒸发器 Prospect and research status of the effect of circuit arrangement on the heat exchanger performance of f inned tube exchanger Jiang Y ingni1),2) Hu Xiaohong2) 1)(Engineering College of Armed Police Force) 2)(Xi’an Jiaotong University) ABSTRACT Introduces the research of of circuit arrangement on the heat exchange performance of finned tube exchanger some advices for the future research in this field. KE Y WOR DS circuit arrangement;finned tube heat exchanger;condenser;evaporator 纵观强化传热的研究文献,可以看到强化传热可以通过提高传热系数、增加传热面积和增大空气侧和制冷剂侧传热温差3种途径来实现。制冷空调中制冷剂以及冷却介质大都呈强制对流换热,因此强化的重点在于单相流体对流换热的强化、凝结与沸腾换热的强化。以往的研究多集中在管内和管外的结构以及寻找更高效、环保的替代制冷剂上,这些研究取得了很好的强化换热效果。在换热强化的第3个措施上(即增大传热温差),研究人员投入的精力并不多。因为通常认为当高、低温介质一定时,传热平均温差就随之而定了。这种观点是片面的,事实上,流程布置对换热性能的影响是不可忽略的。 1 研究流程布置对翅片管换热器换热性能影响的意义 人们早就注意到当高温、低温介质的进口温度一定时,逆流传热比顺流传热有着更大的传热平均温差,因而也具有更大的换热量,叉流的换热量处于这两者之间。这说明换热器流程布置会改变传热温差的分布,会对换热量产生影响。 研究翅片管式换热器流程布置是一项复杂的工作,因为对其造成影响的因素很多,主要有两方面的原因:一是在实际设计中,流程布置的方法几乎有无限多种,很难找到一个可行的方法来描述所有的可能布置形式;二是很难找到一个耗时少且精度高的方法来求解控制方程。通常都希望换热器有一个均匀和高效的换热和流动性能,这就需要采用复杂的流程布置形式,然而复杂的流程布置又会造成传热的不均匀性,这是进行流程布置研究尤其是复杂流程布置研究中应尽量避免的。换热器流程布置不仅仅指换热管的排列方式,还包括换热管组的分叉流动等情况。当制冷剂流量一定时,通路数和分叉与否直接影响制冷剂的流速,从而也会影响换热系数。因此,这里不但涉及到平均温差,而
内翅片管式换热器
●内翅片管式换热器 ●1前言 管式换热器普遍用于石油,化工,冶金,电力等行业中,它具有结构简单,制造容易,材料广泛,适应性强等特点,是工业生产中的主要换热设备.目前,广泛应用的金属管式换热器是通过间壁来换热的,它传输的热量受到间壁面积和传热能力的限制,其综合传热系数不高, 一般气一气换热的管式换热器仅为15～ZOW/m20C左右,管式插件换热器为30～3w/m2OC左右.由于管式换热存在着综合传热系数低,设备庞大等不足,为此各种插件热器,翅片管换热器等新型换热器应运而生.目前,开发新型高效换热器已成为换热器的发展趋 势.内翅片管式换热器是我们最新研制开发的新型换热器,系国内首创,属于一代新型高效换热器,目前,已在工业中应用,取得了良好的效果. 2内翅片管式换热器及其应用 2.1内翅片管式换热器 新型内翅片管式换热器的主要特点是: 通过在换热管内扩展表面,强化管内传热的途径来提高换热器的性能.内 翅片管采用纵向直肋,管内翅化比可达4～6,与一般光滑管相比,其管内给热系数可提高3～4倍左右.内翅片管的翅片采用 焊接工艺焊接,其焊着率为i00.内翅片管式换热器与一般管式换热器在结构上差异不大,它们之间的区别主要在于换热管的不同.内翅片管如图1所示. 内翅片管的规格见表1 图1内翅片管 内翅片管的规格袁袁1 Do(ram)lh(mm)8(ram)晶L(ram) 38—89l12—131～2l22{4--610000 其中:Do一督径h一翅片高度a翅片厚度
n一翅片散且一内翅化比L一翅片营长虚46 与一般管式换热器相比,内翅片管式换 热器具有以下优点: (1)管内给热系数相比.对于一般气一气换热管式换热器而言,管内热阻往往是控制热阻,因此,提高管内给热系数至关重要.采用翅片管时,管内翅 化比可达4～6,管内给热系数可提高3～4倍,从而显著地强化了管内传热. (2)传热能力强.一般管式换热器的传热系数近似为K—a.a2/ 翅片管换热器原理及选取 翅片管换热器目前使用最广泛的是钢铝翅片管（绕片式钢铝复合型翅片管、轧片式钢铝复合型翅片管）它利用了钢管的耐压性和铝的高效导热性能，在专用的机床上复合而成。其接触热阻在210℃的工作情况下几乎为零。 翅片管换热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。广泛应用于纺织，印染，石油，化工，干燥，电力等各个领域。 供暖系统的热媒（蒸汽或热水）通过散热设备的壁面主要以对流传热方式（对流传热量大于辐射传热量）向房间传热。这种散热设备通称为翅片管换热器。而以钢制散热翅片管制作的翅片管换热器通称翅片管换热器。这既是它的定义也是它的原理。那么又该怎么选取呢？通豪热能小编接下就跟大家分享一下翅片管换热器的选取。 其实在只要知道其基本要求就不会再选取时迷茫，基本要求如下： 1.热工性能方面的要求。翅片管换热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。提高散热器的散热量，增大翅片管换热器传热系数的方法，可以采用增加外壁散热面积（翅片式散热器）、提高散热器周围空气流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。 2.经济方面的要求。翅片管换热器传给房间的单位热量所需 金属耗量越少，成本越低，其经济性能好。 翅片管换热器的金属热强度是衡量散热器经济性的一个标志。金属热强度是指散热器内热媒平均温度与室内空气温度差为1℃时，每公斤质量散热器单位时间内所散发的热量。这个指标可作为衡量同一材质散热器经济性的一个指标。对于不同材质的翅片管换热器，其经济评价标准宜以翅片管换热器单位散热量的成本（元/w）来衡量。 3.安装使用和工艺方面的要求。翅片管换热器应具有一定的机械强度和承压能力；翅片管换热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积，结构尺寸要小，少占房间面积和空间，翅片管换热器的生产工艺应满足大批量生产的要求。 4.卫生和美观方面的要求。翅片管换热器外表光滑，不积灰和易于清扫，翅片管换热器的装设不应影响房间观感。 5.使用寿命的要求。翅片管换热器应不易于被腐蚀和破损，使用年限长。 制冷剂系统翅片式换热器设计及计算 制冷剂系统的换热器的传热系数可以通过一系列实验关联式计算而得，这是因为在这类换热器中存在气液两相共存的换热过程，所以比较复杂，现在多用实验关联式进行计算。之前的传热研究多对于之前常用的制冷剂，如R12，R22，R717，R134a等，而对于R404A和R410A的，现在还比较少。按照传热过程，换热器传热量的计算公式为： Q=KoFΔtm (W) Q—单位传热量，W Ko—传热系数，W/（m2.C） F—传热面积，m2 Δtm—对数平均温差，C Δtmax—冷热流体间温差最大值，对于蒸发器，是入口空气温度—蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温度—入口空气温度。 Δtmin—冷热流体间温差最小值，对于蒸发器，是出口空气温度—蒸发温度，对于冷凝器，是冷凝温度—出口空气温度。 传热系数K值的计算公式为： K=1/（1/α1+δ/λ+1/α2） 但换热器中用的都是圆管，而且现在都会带有肋片（无论是翅片式还是壳管式），换热器表面会有污垢，引入污垢系数，对于蒸发器还有析湿系数，在设计计算时，一般以换热器外表面为基准计算传热，所以对于翅片式蒸发器表述为： Kof--以外表面为计算基准的传热系数，W/（m2.C） αi—管内侧换热系数，W/（m2.C） γi—管内侧污垢系数，m2.C/kW δ，δu—管壁厚度，霜层或水膜厚度，m λ，λu—铜管，霜或水导热率，W/m.C ξ，ξτ—析湿系数，考虑霜或水膜使空气阻力增加系数，0.8-0.9（空调用亲水铝泊时可取1）αof—管外侧换热系数，W/（m2.C） Fof—外表面积，m2 Fi—内表面积，m2 Fr—铜管外表面积，m2 Ff—肋片表面积，m2 ηf—肋片效率， 公式分析： 从收集的数据（见后表）及计算的结果来看，空调工况的光滑铜管内侧换热系数在2000-4000 W/（m2.C）（R22取前段，R134a取后段，实验结果表明，R134a的换热性能比R22高)之间。因为现在蒸发器多使用内螺纹管，因此还需乘以一个增强因子1.6-1.9。 下面这个计算公式来自《制冷原理及设备》（第二版，1996，吴业正主编）： 板翅式换热器 同组人：张弘达18、张来超14 薛业成06、张太平02 引言： 板翅式换热器：通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心。 --------张弘达 一、板翅式换热器的发展 二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。 1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f)，传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。 板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲折过程，在突破许多关键技术后才达到今天的水平。 现在国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上，最大 芯体尺寸（L×W×H）6000~7000×1200×1200mm，重达10吨以上，可以有十多种流体同时换热。我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究，70年代初期自行开发成功，并首先在空分设备上得到应用。90年代初，杭氧厂引进美国S.W公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术，板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化工（乙烯、合成氨、天然气分离与液化）、动力机械及航天（神舟号飞船）等工业部门得到广泛应用。并有部分出口国外（美国、加拿大等国）。 我国板翅式换热器目前的生产水平相当于国际上20世纪90年代中期水平。杭氧现已开发有近50种不同型式和尺寸规格的翅片，可满足各种换热要求。 二、板翅式换热器特点 （1）传热效率高。 （2）结构紧凑，单位体积换热面积为管壳式换热器5倍以上，最大可达几十倍。管壳式换热器一般为150~200m2/m3，而板翅式换热器因翅片具有扩展二次表面，使传热面积可达到1500~2500 m2/m3。 （3）轻巧、牢固。铝材密度ρ为2.7g/cm3，而钢材为7.8g/cm3，铜材为8.9g/cm3。 （4）适应性大，可适用多种介质热交换。在同一设备内可允许多达十多种介质之间热交换，可作气—气、气—液、液—液之间换热，亦可作冷凝和蒸发。 （5）经济性好。由于结构紧凑、铝材又轻，降低了设备投资费。 翅片管换热器基础知识 在换热器中，很多时候传热两侧流体的换热系数大小不平衡，通常我们会在换热系数小的一侧加装翅片。 什么是翅片管？ 翅片管，又叫鳍片管或肋片管。顾名思义，翅片管就是在原有的管子表面上（不论外表面还是内表面）加工上了很多翅片，使原有的表面得到扩展，而形成一种独特的传热元件。 为什么要采用翅片管？ 在原有表面上加工上翅片能起到什么作用呢？ 翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同，只是用翅片管代替了光管作为传热面。这使得其结构更加紧凑，换热面积增加，可以加强换热。 什么情况时，选用翅片管呢？ 有几个原则： （1）管子两侧的换热系数如果相差很大，则应该在换热系数小的一侧加装翅片。 ?例1：锅炉省煤器，管内走水，管外流烟气，烟气侧应采用翅片。 ?例2：空气冷却器，管内走液体，管外流空气，翅片应加在空气侧。 ?例3：蒸汽发生器，管内是水的沸腾，管外走烟气，翅片应加在烟气侧。 应注意，在设计时，应尽量将换热系数小的一侧放在管外，以便于加装翅片。 （2）如管子两侧的换热系数都很小，为了强化传热，应在两侧同时加装翅片，若结构上有困难，则两侧可都不加翅片。 在这种情况下，若只在一边加翅片，对传热量的增加是不会有明显效果的。 ?例1：传统的管式空气预热器，管内走空气，管外走烟气。 因为是气体对气体的换热，两侧的换热系数都很低，管内加翅片又很困难，只好用光管了。 ?例2：热管式空气预热器，虽然仍是烟气加热空气，但因烟气和空气都是在管外流动，故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管，使传热量大大增加。 （3）如果管子两侧的换热系数都很大，则没有必要采用翅片管。 ?例1：水/水换热器，用热水加热冷水时，两侧换热系数都足够高，就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热，可采用螺纹管或波纹管代替光管。 ?例2：发电厂冷凝器，管外是水蒸汽的凝结，管内走水。两侧的换热系数都很高，一般情况下，无需采用翅片管。 翅片管束 1什么是翅片管束？ 由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅 片管束。一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。 2翅片管束的结构组成包括？ ?翅片管（多支）：传热的基本元件。 ?管箱（集箱）或管板：连接翅片管两端的箱体，弯管或钢板。 当翅片管与箱体或管板连接以后，翅片管之间的间距也就固定了，同时，管箱使管内的流体形成了连续的流道。 *********************************************************** 空气 水热交换器实验 ************************************************************ 指导说明书 同济大学热能实验室 陈德珍 2000年1月 第一部分空冷器实验台系统说明 本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。 一、实验台组成、系统、设备及仪表 实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。 主要性能： 1.风源：风机：电机：400w，三相380v 风量：800m3/h 风压：60mmH2O 出风口尺寸：200×135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为 D1=120mm及D2=60mm, 2.热水源：水箱尺寸：445×245×575mm 水泵：电机：120W 单相220v 流量：h 压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3只 转子流量计：LZB-25 60-600L/h 3.可控硅温度控制器：TA-092 PID调节仪 ZK-03 三相可控硅电压调整器 最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器 BA2 0~100℃ 可控硅 3CT 20A/1000V 电源：三相380V 4.试验用换热器 实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整 体翅片构成，见图2。 主要参数： 管束：紫铜管管径：d0=10mm 空气水热交换器实验指导说明书 同济大学热能实验室 陈德珍 2000年1 月 第一部分空冷器实验台系统说明 本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。 一、实验台组成、系统、设备及仪表 实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。主要性能： 1. 风源：风机：电机：400w，三相380v 风量：800m3/h 风压：60mmH2O 出风口尺寸：200× 135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为 D 1=120mm及D2=60mm, 2. 热水源：水箱尺寸：445× 245×575mm 水泵：电机：120W 单相220v 流量：h 压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3 只转子流量计：LZB-25 60-600L/h 3. 可控硅温度控制器：TA-092 PID 调节仪ZK-03 三相可控硅电压调整器最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器BA 2 0~100 ℃ 可控硅3CT 20A/1000V 电源：三相380V 4. 试验用换热器 实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整体翅片构成，见图2。 主要参数： 管束：紫铜管管径：d0=10mm d 1=8mm 节距横向：s1=45mm 纵向：s2=13mm 翅片：铝制、皱折、整片片厚：δ= 片节距：t= 试件总体尺寸：水侧：横向管数：n=3 纵 向管排数：n=8 总管数：n=n× n=24 水通道并联管子 数：即n=3 管子总长度：L=a× n=× 24= 通道面积： F w=n×π×d1× d1/4 -4 =×10-4 ㎡气侧：通道尺寸： a=200mm b=130mm h=116mm 翅片数：m=76 通风面积：Fa=a× b= 传热总面积： 翅片换热器传热系数 ABRAHAM LAPIN and W. FRED SCHURIG I Polytechnic Institute of Brooklyn, Brooklyn 1, N. Y. 许多方程来源于实验数据，同时提出了有交叉流动的热交换器的设计。对关于换热器行数 的总传热影响，进行了图示作为参考. 翅片管在热交换器中的使用有了迅速增长。当内部传热系数比外面的系数极大时,它经常被实际增加一定数量的外表面来为低外系数进行补偿。许多研究人员都对翅片管的传热进行研究。因为对可能的翅片类型的安排有非常大的数量，大多数研究都局限于特定条件。 实验设备与程序 设备金属板材风管横截面为30x12 3/4英寸。上部是固定的，但较低的部分, 可提高或降低 容纳一个可变数目的排。这下部分（进口）进行拟合有5英寸空气校正叶片可助均匀分布的空气线圈。 传热表面（台风的空气调节股份有限公司）。每个单元有八个翅片管manifolded 在一起以并行方式进行。 5 / 8 英寸0.dx0.025英寸铜管 11/2英寸0.dx0.018英寸轧花 8每英寸,30英寸翅翅片长度 Ao/Ai=16.30,Ao=2.44 平方英尺 翅片管直径=2.4 1.248平方英尺,空气流面积最小 这些铝管的用途，则被关在一个长方形的30X12 3/4英寸的帧。一个3/4设备橡胶障板安放在沿 一侧的框架。翅片管相邻本遮光罩一个侧和框架本身上另一边。该框架结构允许一个交错管的安排通过简单地转弯连续排对单位180度的另一个。 台吹风机提供空气供给在逆流而上空调管道内结束 测量水流量用校准过的转子流量计。空气流量是用一个托马斯米测量，其中包 括四个帧开口用1.134镍铬合金 欧姆/英尺,有一个总电阻每一个约25欧姆。流 动的空气用仪表测量通过一系列的圆盘和圆环折流板顺流混合。 温度进行了测量 精确温度计刻度为0.1 C 。每一个温度计的位置了经过精心挑选的，确保读出正确 的总体温度。 一系列的运行是由1到8步骤在一个单元中。这在试管被水平和安排一个三角形 的场地:1 1/2-inch 水平和垂直距离管-Le. 1.5X1.677英寸,三角形场地。所有的 管道都是相连的，所以只有一个水程。水联系之间是这样的空气和水逆向流动。 程序 热水用泵送进管中，同时冷空气穿过翅片。水流量和温度维持在恒定的 9000（磅/小时）和50度,它给出一种管程雷诺数超过20000。管外的空气流速各在 1100 - 5000英镑每小时之间,给人们提供了一种基于最小的通流面积 3至15英尺/ 秒。在室温下空气进入导管。两个完全独立的流动进行着。所有实验结果可再生 的有4% —系列等温压力损耗测量使用一至八行被独立的传热。流动的空气温度 通过翅片管时68度。和流量从1200到4500磅每小时。给雷诺数范围2200到8500。 压力损失用一个倾斜的水压计测量。 计算和结果 WC p (T 1 - T 2)= C p (t 2 - t l ) =UA t m WC p (T 1 - T 2)_ ■ C p (t 2 - t l ) A"m 「 A t m 丄二丄丄上丄丄 UA hA h si A kA av h so A o h o A o 丄=14丄处丄厶丄丄 U h i A i h si A k A av h so h 。 h = O.O225(k/D)(Re)0.8(Pr)°.3 = 160 (1 0.01t)V 0.8 (d i )0.2 不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较 摘要：随着制冷空调行业的发展,人们已经把注意力集中在高效、节能节材的紧凑式换热器的开发上,而翅片管式换热器正是制冷、空调领域中所广泛采用的一种换热器形式。对于它的研究不仅有利于提高换热器的换热效率及其整体性能,而且对改进翅片换热器的设计型式,推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。 由于翅片管式换热器在翅片结构形式和几何尺寸的不同,造成其换热性能和阻力性能上的极大差异。本文概述目前国内外空调制冷行业中的普遍采用的几种不同翅片类型（平直翅片、波纹翅片、开缝翅片、百叶窗形翅片）的换热及压降实验关联式及其影响因素，对不同翅片形式的管翅式换热器的换热及压降特性的实验关联式进行总结，并对不同翅片的流动换热性能进行了比较。正确地选用实验关联式及性能指标，将对翅片管式换热器的优化设计及其制造提供可靠的依据。 关键词：翅片形式；管翅式；换热器；关联式；流动换热性能 Study on heat transfer and flow characteristics of fin-and-tube heat exchangers with various fin types Abstract：With the development of refrigeration and air conditioning, high efficiency, energy saving and material saving compact type of heat exchanger is development, as one kind of compact heat exchanger, fin-and-tube heat exchanger has a wide application in future. It is necessary to develop compact heat exchanger which is more energy saving and material saving to improve the heat exchanger thermal efficiency and the overall performance of heat transfer. This paper summaries the heat transfer and pressure drop correlations of different fin surfaces, and the corresponding influencing factors. The heat transfer and friction characteristic of these kinds of fin types are compared, and the results show the difference of these fin types. The appropriate correlation and evaluation criterion will provide reliable foundation to the design and optimization of compact heat exchangers. Key words：Fin-and-tube heat exchanger; Heat transfer and flow characteristics; Experimental correlations; Comparison 蒸汽换热器换热效果与翅片管因素有关 蒸汽换热器是由散热翅片管和多孔板外框组成的联合机组，换热效果主要取决于翅片管的材质、片距、片高、片厚等因素，要想提高换热器的换热效率，翅片结构的优化是主要方向。以下我们就从这四个方面详细了解。 一、材质。选取原则：换热管内介质对换热管的影响主要体现这几个方面：腐蚀，压力，温度，结垢，导热性能，性价比。以满足工艺要求、不会产生不良后果、传热性能好、取材方便等为选取原则。 二、片距、片厚和片高这3个数据是相辅相成的，总体影响直接翅化比的大小。翅化比并不是越大越好，需计算管内外对流系数的差异，差异大的可以采用高翅化比的翅片，差异小的应采用低翅化比的翅片，无差异的不需做翅片，如无相变状态的水-水热交换，气-气热交换。 三、片厚。片厚对翅片管的强度有非常大的关系，主要考虑的是腐蚀，摩擦损失，抗清洗冲刷能力，对换热效果的影响不大。所以在满足一定强度的情况下，片厚应尽量薄，减少有色金属的消耗，以设计制造出更经济的蒸汽换热器。 四、片高。热量的传递是由翅片根部向顶端，越接近根部的地方温度越高，随着热量被逐步置换，传递温度也随之下降，考虑翅片顶端的地方温度是最低的。由此可见，温度的传递是呈现一定的梯度的，也就是说，有一个翅片效率的问题，并不是翅片越高越好。当翅片效率太低 时，金属消耗增加，性价比不合理，一般不采用。目前国内外最常用的高翅片通常用于空气冷却器上的钢铝复合翅片管，其规格为 25*2.5-57/2.3/0.3，单位换热面积1.785平方/米，翅化比22.74 。 蒸汽换热器，就是用蒸汽做换热介质加热空气，结构由多孔板外框和散热排管组成的联合机组，也是我们常见的翅片管蒸汽换热器，采用基管绕翅片的换热器为换热装置，基管内通蒸汽，以热传导、热辐射和强制对流的方式加热周围空气，多用于车间、厂房、工矿企业、烘干房等的采暖烘干。 蒸汽换执器，通常方式是高温蒸汽通过汽水混合器与水进行高速混合加热，加热设备有浸没式和管道式的两种，可根据使用现成进行选择。其结构主要由壳体、芯体、法兰和接管组成，芯体上布满细小斜孔，蒸汽从斜孔内高速喷入壳体内，对周围的冷水产生强烈的引射作用，冷水通过蒸汽加热器外壁上的斜向小孔进入与蒸汽高速混合换热，进行全热交换，从而加热整个水箱中的水。 通常情况下，翅片管蒸汽换热器的间距与片高主要是影响着翅化比，翅化比和管内外介质的膜传热系数有很大的关系。如果管内外膜传热系数差异较大，应选择翅化比比较大的翅片管，如蒸汽加热空气。当一侧介质存在相变的情况下，传热系数的差异会较大，如冷热空气的交换，当热空气降低到露点以下，可以采用翅片管蒸汽换热器。在无相变的空气与空气的换热情况下，或者水与水的热交换，通常以裸管比较适 换热器介绍及热效率的简单计算 一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。 间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。 回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类 螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点 2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。浮头式换热器的特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。 三种类型换热器简介 螺旋板式板式交叉流换热器 管壳式 壳管式套管式) 蓄热式 混合式间壁式 板翅式管翅式管束式 浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。 4、翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为“翅片管散热器”，也叫热管式换热器。 翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。 翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。 二、换热器的简单计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 换热器介绍及热效率的简单计算 一、换热器的基本概念 换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。 间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。 混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。 回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类？ 螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管式换热器 板式换热器 螺旋板换热器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热器 翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器 1、 浮头式换热器特点 2、 浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 浮头式换热器的特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在 壳体自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮三种类型换热器简介 ? ? ? ? ? ? ? ? 螺旋板式 板式 交叉流换热器 管壳式 壳管式 套管式 ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 蓄热式 混合式 间壁式 ?????板翅式管翅式管束式 头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、 固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。 4、 翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为 “翅片管散热器”，也叫热管式换热器。 翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。 翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。 二、换热器的简单计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 （2） 校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能 否胜任规定的新任务。 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式 (1) (2) 式中， 不是独立变量，因为它取决于 以及换热器的布置。另外，根据公式(1)可知，一旦 和 以及 中的三个已知的话，我们就可以计算出另 外一个温度。因此，上面的两个方程中共有8个未知数，即需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。 对于设计计算而言，给定的是 ，以及进出口温度中的三个，最终求 对于校核计算而言，给定的一般是 ， 以及2个进口温度，待求的是 m t kA ?=Φ)()(c c c mc h h h mh t t c q t t c q '-''=''-'=Φm t ?c c h h t t t t '''''',,,h mh c q c mc c q c c h h t t t t '''''',,,c mc h mh c q c q ,A k ,翅片管换热器原理及选取
翅片式换热器的设计及计算
板翅式换热器
翅片管换热器基础知识
翅片管换热器实验指导书
翅片管换热器实验指导书
翅片换热器传热系数
不同翅片形式管翅式换热器流动换热性能比较
蒸汽换热器换热效果与翅片管因素有关
换热器换热效率计算
换热器介绍与热效率计算