翅片管及翅片管換熱器 第1頁(yè)，共22頁(yè)。 翅片管是一種帶肋的壁面，在動(dòng)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(duì)擴(kuò)展換熱面積和促進(jìn)湍流有顯著作用，無(wú)論對(duì)單相對(duì)流換熱還是相變對(duì)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。 第2頁(yè)，共22頁(yè)。 一、翅片管的結(jié)構(gòu) 有縱向和徑向(橫向)兩類(lèi)翅片，其它類(lèi)型都是這兩類(lèi)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 第3頁(yè)，共22頁(yè)。 第4頁(yè)，共22頁(yè)。 第5頁(yè)，共22頁(yè)。 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(wú)接觸熱阻，強(qiáng)度高，耐熱震和機(jī)械震動(dòng)，因而傳熱、機(jī)械和熱膨脹等性能較好，但制造成本提高，對(duì)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(jiǎn)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。 第6頁(yè)，共22頁(yè)。 焊接肋片主要問(wèn)題是焊接工藝質(zhì)量、焊縫中殘?jiān)焕麄鳠嵘踔烈饠嗔?，高頻焊常被采用，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(lèi)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(dòng)而加大，故繞片式的工作溫度多不超過(guò)200～250℃，鑲嵌式耐熱性能較好，常用于250~350℃的場(chǎng)合，但制造費(fèi)高，強(qiáng)度較低。 第7頁(yè)，共22頁(yè)。 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(shí)還采用雙金屬翅片以節(jié)約貴重金屬，同時(shí)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(méi)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(shí)也可裝設(shè)折流扳，裝折流板處應(yīng)制成沒(méi)有翅片的平直段。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(guó)家都已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，并有專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)構(gòu)和制造廠。 第8頁(yè)，共22頁(yè)。 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(duì)傳熱和工藝要求來(lái)靈活選用材料，例如不同材料制成的鑲嵌或焊接翅片管等； 第9頁(yè)，共22頁(yè)。 (4)當(dāng)介質(zhì)被加熱時(shí)，與光管相比，同樣熱負(fù)荷下的翅片管管壁溫度有所降低，這對(duì)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(shí)小，這對(duì)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(huì)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(huì)在翅片根處斷裂，促使硬垢自行脫落； (5)對(duì)于相變換熱，可使換熱系數(shù)或臨界熱流密度增高。 第10頁(yè)，共22頁(yè)。 翅片管的主要缺點(diǎn)是造價(jià)高和流阻大。例如空冷器的翅片管由于工藝復(fù)雜，其造價(jià)達(dá)設(shè)備費(fèi)用的50一60％；阻力大，導(dǎo)致動(dòng)力消耗大。但如造型得當(dāng)，可使動(dòng)力消耗減少，與傳熱加強(qiáng)的得益相比合算就行。 第11頁(yè)，共22頁(yè)。 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)上利用廣泛。前已闡明，強(qiáng)化對(duì)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。α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)α值低的缺陷，當(dāng)兩側(cè)α值相近時(shí)，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(shí)才采用高翅片，低翅內(nèi)螺紋管對(duì)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(duì)有嚴(yán)重污垢工況的重沸器等換熱設(shè)備有利。 第12頁(yè)，共22頁(yè)。 三、翅片管的傳熱計(jì)算 翅片管或帶肋壁的傳熱計(jì)算包括單個(gè)翅(肋)片的計(jì)算和整個(gè)肋壁面的傳熱計(jì)算． 單