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翅片管的传热过程
这儿讲的“传热”不是通俗的对传热现象的一般称呼,而是一个专有名词。传热的定义是:热量从热流体经过管壁传给冷流体的过程。如下一小节的附图所示。传热过程由三个分过程组成:过程1:
热量Q(W或KW)由热流体传给管壁(管内壁),这一过程属“对流换热”,其对流换热系数为hi (W/(㎡·oC))。(此后,角标“i”代表“内部”,角标“o”代表“外部”,而角标 “w”代表管壁。),这一对流换热过程对应的温差为(Ti-Twi),此处,Ti为管内流体温度,Twi为管内壁温度。
过程2:热量Q从管子内表面传给管外表面,因为热量是在固体内部传递,这一过程叫“导热” 或“热传导”。此过程对应的温差为(Twi- Two)。
程3:热量Q从管外表面传给管外冷流体的过程。这一过程属“对流换热”,对应的温差为(Two- To), 其对流换热系数为h o . 应当指出的是,此处,Two是基管的外表面温度,因此,ho是以基管外表面积为基准的换热系数。之前讲述了翅片管外表面为基准的换热系数h 的计算。两个换热系数ho和h的换算关系:ho= h×β×η
式中,β为翅化比,即加翅片后面积扩大的倍数;η为翅片效率,是小于1的数;
这几年,小管径在空调器中应用较多,它不仅降低了成本,而且降低了易燃工质如R290的爆炸风险,但与此同时,小管径的应用也减少了换热面积,使得空气压降增加。
因此,为了保证采用小管径换热器的空调器具有良好的性能,我们今天来分享下关于小管径翅片管换热器的优化设计方法。
步骤4:换热器性能测试
图7(a)和(b)分别为优5 mm 管翅片换热器的换热量和空气压降测试结果。本文仅展示优5 mm 管翅片换热器的测试结果。为了开发关联式,研究中还加工并测试了其他结构的5 mm 管翅片换热器。
基于大量的5 mm 管翅片蒸发器的实验结果,采用多重线性回归方法,开发了小管径换热器性能的预测关联式;并在制冷剂流路设计中,采用了所开发的5 mm 管翅片蒸发器性能的预测关联式。
2、制冷剂流路设计结果
根据翅片结构的设计结果,原始空调器和优化空调器的结构参数见表3。通过基于仿真设计的方法,得出小管径室内机换热器及室外机换热器的换热量。从图8(a)可知:采用5 mm 管换热器的室内机换热器与室外机换热器的换热量与图8(b)所示的原始空调器的换热量几乎相等。由图8(b)可知:采用小管径换热器的室内机的制冷剂充注量比原始室内机减少30%, 总充注量可以减少27%。
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。
:锅炉省煤器,管内走水,管外流烟气,烟气侧应采用翅片。
:空气冷却器,管内走液体,管外流空气,翅片应加在空气侧。
: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。
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。
: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。
: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。
如果管子两侧的换热系数都很大,则没有必要采用翅片管。
: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。
: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。
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