第三章+高效间壁式热交换器(3)

Nb——折流板数
fs——查图3.55
n1——从一折流板圆缺面积中心到下一折流板圆缺面积中心之间流 体通过之管排数；
n1 k2 Ds / s
查表3.9 顺流向的管心距 壳内径
d eGc 雷诺数： Re
Gs , kg / m3 G 质量速度： c c
外螺纹管冷凝时
g Fo o 0.716 d e l
•
以翅片管外表面积为基准时
Ff Ff Ff Ff d d rs , f 1 1 Ff 1 rs ,i ln b rc ,b ln o K f i Fi Fi 2L f di Fb 2 f L f db f
rc,b——以基管外表面积为基准的接触热阻
附录A/D/E
翅片管光管外表面积（石油化工行业常用）
Q K o Fo tm K f Ff tm
其修正系数查附录1 （空冷器）
翅片管外表面积 （电力行业常用）
传热系数的计算 换热系数和压力损失的计算
翅片效率ηf
：
传热系数的计算
干工况 空气流过翅片管被加热或被冷却时，均不产生空气含湿量变 化的情况。如翅片管两侧流体均为液体，无论有无相变，其 总传热系数可按干工况计算。 单层翅片管 复合翅片管（翅片和基管材料不同） 如果翅片管外表面温度低于空气的露点，空气中水份会在翅 片管翅片表面形成水膜。在换热过程中，除了发生干工况时 相同的显热交换外，多了空气中水蒸气凝结的潜热交换。相 对于干工况来说，要进行修正。 湿工况
湿工况时的修正
为了考虑湿工况时发生的水蒸气凝结换热对传 热的增强，在干工况的基础上进行修正。 修正方式：翅片管外流体的对流换热热阻项上 乘以修正项1/ξ。 空气进口焓 析湿系数ξ：
i1 i1 c p t1 t1
空气出口焓
ξ的大小直接反映在减湿冷却过程中，空气中凝结水的析出程
Leabharlann Baidu
翅片管热交换器的特点
因为采用了翅片管，一方面可增大换热面积，另 一方面增强湍动，大大强化传热，所以特别适用 于换热系数较低的流体。 可采用不同金属材料做翅片，减少贵重金属消耗 具有一定污垢自脱落能力 空冷器比水冷器具有很多优越性
翅片管热交换器的传热计算与阻力计算
传热量的计算
第三章 高效间壁式热交换器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 螺旋板式热交换器 板式热交换器 板翅式热交换器 翅片管热交换器 热管热交换器 蒸发冷却(冷凝)器 微尺度热交换器
4. 翅片管热交换器
在动力、化 工、制冷等 工业中广泛 应用
翅片管式换热器
当换热器两侧流体的换热系数相差较大时，在换热系数小的流 体一侧加上翅片，可扩大换热表面积并促进流体的扰动减小传 热热阻，有效地增大传热系数，从而增加传热量。或者在传热 量不变的情况下，减小换热器的体积，达到高效紧凑的目的。
度，同时又反映了由于存在湿交换使得传热量增大的程度。对 于干工况， ξ =1。
换热系数和压力损失的计算
1. 空气横向流过圆管外环形翅片管束 2. 空气横向流过圆管外横向矩形翅片管束 3. 外螺纹管束（Ff /Fi=3~4.5）
• •
外螺纹管外对流换热时 外螺纹管外冷凝时
空气横向流过圆管外环形翅片管束
空冷器管束（中、低压） A—管束长；B—管束宽
翅片管的类型和选择
按结构型式可分为纵向和横向（径向）翅片两大类型，其他型 式都是这两种类型的变形。 翅片管的材料：范围很广，有碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜 及铜合金、铁、蒙乃尔合金等，有时还采用双金属翅片以节约 贵重金属同时又能适应耐腐蚀性等工艺要求。 根据翅片的高低可以分为：翅片管、低翅管（低肋螺纹管或螺 纹管）、微细肋管（用于冷凝的DAC管、用于沸腾的DAE管）。 低翅管：翅高约2mm，翅化比约3～5，不适用于空气而适于低 沸点介质的冷凝或蒸发，其基本结构与管壳式热交换器相同。
0.718 o 412vNF 0.718 o 454vNF
空气压降的计算：
P 0.66n v1.725 2.725 , NF
管排数
N m2
空气横向流过圆管外横向矩形翅片管束
翅侧换热系数：
f de
d eGmax 0.251
0.67
以翅片根部为基准的 无翅片部分表面积 翅片管上翅片的表面积

翅片壁面总效率
Fb F f f Ff
翅片效率 翅片管总的外表面积
Ff Fb Ff
复合翅片管传热系数
假定壁面温度和换热系数一致且不变 • 以光管外表面积为基准时
Fo db db Fo Fo d o rs , f Fo 1 1 Fo 1 Fo rs ,i ln rc ,b ln K o i Fi Fi 2 di Ff f Ff Fb 2 f L f db
3.
4.
5.
思考题
翅片管热交换器适用于什么场合，有何特 点？管内或管外加翅片是出于什么原因考 虑的？
第三章 高效间壁式热交换器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 螺旋板式热交换器 板式热交换器 板翅式热交换器 翅片管热交换器 热管热交换器 蒸发冷却(冷凝)器 微尺度热交换器
5. 热管热交换器
0.9
s1 db d e 1 s db
0.7
0.9
n——流动方向上的管排数
外螺纹管束
外螺纹管外对流换热
c p o 1 js de w
13 0.14
外螺纹管束的j及f与Re的关系
本节内容
构造和工作原理 翅片管的类型和选择 翅片管热交换器的传热计算与阻力计算 空冷器的设计
构造和工作原理

由一根或多根翅片管组成,也可再配以外壳、风机等 基管——圆管、扁平管、椭圆管 翅片管

翅片——单管翅、多管翅 平翅、间断翅、波纹翅、穿孔翅



对翅片管的基本要求：有良好的传热性能、耐温性能、耐 热冲击能力(如空冷器在起动、停机或介质热负荷不稳定时) 及耐腐蚀能力，易于清理尘垢，压降较低等。 空冷器是一种常见的翅片管热交换器，为了加强管外空气 的换热而采用翅片。 管束是空冷器中的主要部分，由翅片管、管箱和框架组成。
s1 db db
0.2
s1 db s 1
0.2
s1 db s2 d b
0.4
Gmax——最小流通截面处质量流速 db——翅片根部圆直径
de
Fbdb F f F f 2n f Fb Ff
空冷器的设计
1. 2. 设计程序 总体考虑。是否采用空冷？选择空冷器结构型式，选定 流程 估算。包括：计算传热量、选定设计气温、选取传热系 数、试算管束中空气温升、计算平均温差、估算传热面 积F'o、选取定型的空冷器； 选型设计。包括：管排数选择、选取标准迎面风速、计 算迎风面积、选取管束、定管程、根据风量风压选风 机； 精确计算。包括：管内流体换热系数、选取污垢热阻、 管壁热阻、算以光管外表面积为基准的换热系数、传热 系数、传热平均温差、以光管外表面积为基准的传热面 积Fo。 比较Fo 和F'o ，误差太大则返回重新选型再计算，直到 满足误差为止。
•
翅片管的基本几何尺寸
基管外径和管壁厚 翅片高度和翅片厚度 翅片距 国产用于空冷器的翅片管的翅片距常为2.3 mm。 翅化比——指单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面之比。 对于空冷器，翅化比的最佳值为17～28。高翅片为23.4，低翅 片为17.1。 管长 管内空冷器翅片管长系列：3、4.5、6、9m四种。 国产翅片管的特性参数，见表3.5。
单层翅片管传热系数
假定壁面温度和换热系数一致且不变 • 以光管外表面积为基准时 Fo d o d o rs , f Fo 1 1 Fo 1 Fo rs ,i ln K o i Fi Fi 2 di Ff f Ff
•
以翅片管外表面积（包括翅片面积及无翅部分 的面积）为基准时 Ff Ff d o rs , f 1 1 Ff 1 rs ,i ln K f i Fi Fi 2L f di f
壳程流量，kg/s
Re
d e Gg
Gg
Ms , kg m 2 s ag


平均流通面积，m2
n4——在一个折流板圆缺部分中的管数;
n3——最靠近壳体中心的管排的管数；
管外压力损失
2 0.14 N b 1 Gc w f s n1 0.542 c P 1.57 4 10 b 2
每单位长度 上翅片数
每单位长度上以 翅根直径为基准 的无翅片部分表 面积 m2/m
每单位长度上 翅片的表面积 m2/m
压降的计算
2 nf Gmax , N / m2 P 2
摩擦系数：
d eGmax f 1.463
0.245
s1 db db
从七十年代初期以来， 世界各国相继发展了这 项技术。广泛应用于航 天、航空、电子、电机、 核工业、热工、建筑、 医疗、温度调节、余热 回收以及太阳能与地热 利用等方面。
3 2 l l 2 l 13 13 1 3
, W

m2 ℃

冷凝负荷：
M , kg m s lN
M ——冷凝量，kg/s l —— 管长，m N ——传热管总根数
de——在冷凝传热中当量直径，m
1 de
14
0.943 f 0.725
Ff d f Fo f
按制造工艺可把翅片管分类为整体翅片管、焊接翅片管、高频焊翅片 管和机械连接翅片管。
• • •
整体翅片管——由铸造、机械加上或轧制而成，翅片与管子为一整体。
焊接翅片管——使用钎焊或惰性气体保护焊等工艺制造。现代焊接技 术可使不同材料的翅片连接在一起，并能将翅片管制造得简单、经 济，具有较好的传热及机械性能，已被广泛应用。关键注意焊缝质量。 高频焊翅片管——利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与 翅片接触处产生高温，在10μm左右的深度范围内使两者熔化，再加 压使翅片与管子连为一体。无焊剂，也无焊料，制造简单，生产率 高，传热及机械性能优良。这是最为理想的一类翅片管，正为广大用 户认识和采用。 机械连接翅片管——通常有绕片式、镶嵌式、套片式或串片式等三种 类型。机械连接翅片管的优点是经济、翅片和管子材科可任意组合， 翅化比可大到40，其缺点是接触热阻可能因膨胀不均匀引起松动而加 大，故绕片式的工作温度多不超过200一250℃，镶嵌式耐热性能较好, 常用于250一350℃的场合，但制造费高，强度较低。
增加翅高使翅片表面积增加， 但却使翅片效率下降，因而使 有效表面积（即翅片表面积乘 以翅片效率）的增加减缓。
翅片厚度主要考虑其强度、制 造工艺和腐蚀裕量，国产铝翅 片（绕片式、镶片式）和钢翅 片（套片式）一般选用0.5～ 1.2mm。
对于空冷器，因为管外介质已经确定为空气，所以翅化比的 选择应根据管内介质对流换热系数大小而定。当此值小时， 应选用较小翅化比。若选用的翅化比过大并不能有效地增强 传热，反而会使以翅化表面积为基准的传热系数迅速降低 (见表3.4)。 随着翅化比的增加，空冷器单位尺寸的换热面积将增加，但 制造费用也增加。 实践表明，翅化比的最佳值为17～28。

14
Fb 1 Ff db
14
每个翅片的侧表面积:
2 2 2 f d f db , m 4


空冷器的设计
1. 2. 3. 4. 5. 干式空冷器的几个设计参数 管内流体温度：热流体入口温度和出口温度 设计气温：设计时所采用的入口空气温度 管排数 迎面风速：空气通过迎风面的速度 翅片管的选用