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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;
提高换热器换热性能的途径传热方程是Q = KAΔt,很多研究者研究的主题方向是提高传热系数K。对强制循环空气冷却器,采取有效措施降低空气侧的传热热阻或在制冷剂侧采用选择供液方式,控制供液量,或采用传热管可明显提高传热系数。另外提高流体的流速可以增大传热系数,但流动阻力也相应增大,因此通过增大流体的流速以增强传热系数K 有一定的限度。此外增强传热可通过增加传热面积实现,但增加传热面积不应靠加大整体设备的尺寸来实现,而应从设备的自身结构来考虑。
增加传热面积总体上分为两种途径:管外表面的扩大和管内表面积的扩大。
目前管外表面积的增加主要是在管外加翅片或扩展表面即肋化表面,它是通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻,从而达到强化传热的目的。
可通过下列途径来增大设备单位体积的有效传热面积:
①传递面采用扩展面,如在对流传热系数较小一侧的热传递表面上附加翅片、筋片、销钉等;
②增大原有热传递表面,如将表面处理成憎水性覆盖层、多孔性覆盖层、双波纹状管等
③在换热器中管子的强化方面主要是异型管的开发,从而达到增加传热面积的目的。异型管的种类包括螺旋槽纹管、横纹槽管、缩放管、波节管、旋流管、粗糙表面管、螺旋扁管。
下面举几个传热过程的实例:
【例1】:一个蒸汽加热器,用管内的蒸汽加热翅片管外的空气,这是一个典型的传热过程:热量从管内的热流体(蒸汽的凝结)通过翅片管的管壁传给冷流体(空气)。
【例2】:某一翅片管式锅炉省煤器,热量从管外流动的高温烟气通过管壁传给管内的冷流体——水,这也是一个典型的传热过程。
【例3】:家用暖气片,暖气片内流动的是热水,暖气片外是室内空气的自然对流。从内部的热水通过暖气壁面传给冷流体——空气的过程是一个典型的传热过程。
应当指出,在稳定状态下,传热量Q在任一分过程中保持同一数值,即传入的Q值等于传出的Q值。所谓稳定状态,是指系统和设备的各点温度不随时间而变化时的状态。
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