翅片管式空调热交换器

举例说明翅片管换热器换热面积的计算方式
翅片管的传热原理用普通的圆管(光管)组成的热交换器，在很多情况下，管外流体和管内流体对管壁的换热系数是不一样的。

所谓换热系数，是指单位换热面积，单位温差(流体与壁面之间的温差)时的换热量，它代表流体和壁面之间的换热能力的大小。

翅片管换热器的设计工艺中，一台翅片管的换热面积就是每根翅片管换热面积的总和。

知道了翅片管的换热面积，就能有效的清楚每台翅片管换热器的换热面积为多少。

举例说明翅片管换热器换热面积的计算方式：
翅片管型号为：CPG (Φ25×2mm/57/2.8/0.35) 求每米翅片管的换热面积？
解答：
翅片管换热器的总面积等于翅片管的裸露部分面积+翅片面积
翅片管裸露部分面积=3.14X0.026X(1000—(1000/2.8)X0.35)=0.071435㎡
翅片部分的面积=3.14X(0.0285?-0.013?)X357X2+3.14X0.057X0.125=1.4645125㎡
翅片管总的换热面积=0.071435+1.4645125=1.536㎡/m.
即该型号翅片管的换热面积为1.536㎡/米。

水在壁面上凝结时的换热系数为： 10000—20000 w/(m2.℃)
水在壁面上沸腾时的换热系数为： 5000----10000 ------
水流经壁面时的换热系数大约为： 2000---10000 ------
空气或烟气流经壁面时的换热系数为： 20---80 --- ---
空气自然对流时的换热系数只有： 5---10 -------
由此可见，流体与壁面之间的换热能力的大小相差是很悬殊的。

翅片式风冷换热器设计一、设计原理翅片式风冷换热器由翅片管和冷却风机组成。

工作时，热媒流经管道，通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换，从而将热量传递给空气。

同时，冷却风机通过流过翅片管的冷却空气，将其吹入翅片间隙，增加换热面积，提高换热效率。

二、换热器设计参数1.翅片管长度和直径翅片管长度和直径的选择应根据换热器的工作条件来确定。

一般来说，较长的翅片管长度可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力和成本。

而较大的翅片管直径可以增加流体的流量和传热量，但同样也会增加阻力和成本。

2.翅片间距和数量翅片间距和数量的选择需要根据换热介质的温度和流速来确定。

较小的翅片间距可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力。

翅片数量应根据实际需求来确定，一般来说，较大的翅片数可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加成本和复杂性。

3.翅片高度和厚度翅片高度和厚度的选择应根据换热介质的温度和流速以及换热需求来确定。

较大的翅片高度和厚度可以增加换热面积，提高换热效率，但也会增加阻力和成本。

三、翅片式风冷换热器的工作原理具体工作流程如下：1.热媒从换热器的进口进入管道，流经管道内部。

2.在管道内部，热媒通过管道壁与外界冷却空气进行热量交换。

热媒的热量传递给冷却空气，使其升温。

3.升温的冷却空气经过冷却风机的吹扫，被吹入翅片间隙。

4.在翅片间隙中，冷却空气与翅片接触，进行热量交换。

冷却空气吸收翅片的热量，并将其带走。

5.冷却的热媒经过管道进一步流动，从换热器的出口排出。

四、翅片式风冷换热器的优缺点1.结构紧凑，占用空间小。

由于翅片式风冷换热器利用翅片增加了换热面积，故相同换热量下其体积相对较小。

2.热量传递效率高。

翅片式风冷换热器具有较大的换热面积，能够实现高效的热量传递。

3.适用范围广。

翅片式风冷换热器适用于多种介质的换热，例如空气、水等。

1.清洗困难。

由于翅片之间的间隙较小，难以将污物清洗干净。

2.阻力较大。

翅片式风冷换热器会增加流体的阻力，降低了流体的流动速度。

铜管翅片式换热器工作原理
铜管翅片式换热器是一种常用的换热设备，主要由铜管和铝翅片组成。

其工作原理如下：
1. 热媒介流经铜管：热媒介（如蒸汽、热水或热油）从换热器的一侧流入铜管，进入铜管内部。

2. 热媒介在铜管中传热：热媒介在铜管内部流动，通过与铜管壁的接触，将热量传递给铜管壁。

由于铜具有良好的导热性能，能够有效地从热媒介中吸收热量。

3. 翅片增加换热面积：铜管的外表面附有铝翅片，通过铝翅片的形状设计和分布方式，有效地增加了换热器的换热面积。

这些翅片能够增加与周围空气的接触面积，提高换热器的换热效率。

4. 热媒介将热量传递给空气：热媒介通过铜管壁传递的热量被铝翅片吸收，再通过翅片与周围空气接触，将热量传递给空气。

热媒介在与空气相互接触过程中，冷却下来，达到热量交换的目的。

5. 冷却的热媒介回流：在经过翅片散热后，热媒介冷却成为低温的状况，通过换热器的另一侧流出，完成一次热量传递的过程。

通过以上步骤，铜管翅片式换热器能够实现有效地热量传递，将热媒介的热量散热并传递给周围空气，达到换热的目的。

这
种换热器结构紧凑，换热效率高，广泛应用于各种工业领域的散热、冷却和加热过程中。

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 fintypesAbstract：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。

翅片管式换热器的作用
翅片管式换热器是一种高效的换热设备，其主要作用是通过对流
和热传导来传递热量，使热量从高温流体传递到低温流体，从而实现两种流体的热交换。

具体来说，翅片管式换热器由一组翅片管组成，每根翅片管都是
由一根无缝钢管和一组翅片组成。

翅片管中的翅片可以是单层的或者多层的，也可以是波纹状或螺旋状的。

这些翅片增加了换热器的表面积，从而增加了热交换的面积，提高了换热效率。

翅片管式换热器广泛应用于各种工业和民用领域，如制冷、加热、干燥、蒸馏、蒸发等过程。

例如，在空调系统中，翅片管式换热器可以用来将室外空气中的热量传递给制冷剂，从而实现室内空气的降温。

在化工和制药领域，翅片管式换热器可以用来实现液体的冷却或加热，以及气体的冷凝或蒸发。

总之，翅片管式换热器是一种广泛应用于各种工业和民用领域中
的高效换热设备，能够实现高温流体和低温流体的热交换，提高能源利用效率。

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，WKo—传热系数，W/（m2.C）F—传热面积，m2Δtm—对数平均温差，CΔtmax—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/kWδ，δu—管壁厚度，霜层或水膜厚度，mλ，λu—铜管，霜或水导热率，W/m.Cξ，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，m2Fi—内表面积，m2Fr—铜管外表面积，m2Ff—肋片表面积，m2ηf—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。

●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1Do(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/<a.十az),由于管内给热系数a的大幅度提高,K值也成倍提高了(a,a分别为管外,管内给热系数).(3)管壁温度低.管式换热器的管壁温度Tb一(a2tz/al十t)/(a2/al+1),显然,随着管内给热系数a的大幅提高,Tb是下降的,这时在高温下工作的换热器是十分重要的,可延长换热器的使用寿命(tt,t-分别为管外,管内流体的温度).(4)换热器结构紧凑.由于换热器传热系数K值的成倍提高,使得换热面积大为减少,换热器的体积也大为减小.2.2内翅片管式换热器的应用我们结台首钢余热利用工程,在蒸汽过热器上率先使用了内翅片管式换热器,如图2所示.2蒸汽过热器示意图1一垃热蒸汽出rn}2--按热营3一壳体;4一饱和蒸汽^rn}5一稠板;6一橱板其翅片管规格如图3所示管内,外翅片见表2,表3.圉3翅片管规格管内翅片表257I50』16f1.4l12f3.3管外翅片表3Dl(mm)lB(mm)lZ~(mm){f!!i:!l!:!其中:Do一管外径Dl一管内径Df一管外翅片外径h一翔片高度8一内翔片厚度n一翔片散岛一内翅化比p0一外翔化比△一外翔片厚度蒸汽过热器实测运行参数表4蒸汽风箱烟气人口/出口温度(℃)135/157188/15z热负荷'kw)～65按热面积(rⅡ)16.7综台传热系数(w/mk)～16547蒸汽过热器的实测运行参数见表4.其工艺流程见图4.图4工艺流程图1高温风箱;2过热器;3烟道4较水泵;5一除尘器;6气忾式热曾换热器,7汽包实践表明内翅片管式蒸汽过热器具有很高的综合传热系数,充分显示了它优越的强化传热性能.在生产中获得了良好的效果.2.3内翅片管式换热器的应用前景由于内翅片管是我们于2000年6月刚刚开发的新型换热器,它的应用范围还有很大的局限性.可以预见内翅片管式换热器必将在冶金,电力,石油,化工等行业有广泛的发展空问.下面仅以冶金加热炉空气预热器为例说明之.在工业窑炉中利用换热器回收窑炉废烟气的余热来预热空气或煤气可以提高理论燃烧温度,提高热效率,节能降耗,产生明显的经济效益,因此,空气预热器已成为工业窑炉的重要组成部分,被广泛应用.传统的空气预热器大多为管式换热器或插件换热器,它们存在着空气温度低,管壁温度高,结构庞大,尤其在高温条件下,使用寿命短等弊端.例如,当烟气温度为800C时,在标准流速,换热器体积相同条件下,一般管状换热器的空气预热温度～320C.管壁温度～570C,而内翅片管式换热器可将空气预热到～500C,管壁温度～420℃,可见内翅片管式换热器的优点是十分明显的.内翅片管的材质可以是碳钢或不锈钢.在它的管外还可以设置各种扩展面,如环肋,直肋,针肋等来满足各种不同工况的需要,从而进一步提高换热器的性能.3结束语内翅片管是一种薪型高教换热器,属于国内首创,与一般管式换热器相比,具有综台传热系数大,管壁温度低,结构紧凑,使用寿命长等特点,在冶金,电力,石油,化工的行业中具有广泛的应用前景.。

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。