强化翅片管式换热器换热性能的方法及应用

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1、强化翅片管式换热器换热性能的方法及应用摘要通过两种不同的方法改进应用在不同场合的翅片管式换热器的结构，进而提高其换热性能：一种是将低温工况下易结霜的换热器设计成变翅片间距，一种是将空调工况下的换热器设计成变螺距内螺纹管。通过热力计算及实际系统使用,得出传热系数分别提高了9.8%和3.82%o关键词：换热器，翅片管，传热系数，热力计算1换热器类型及工作性能随着科学技术的迅速发展，换热器的种类多种多样，各行各业对换热器的要求不断提高，其分类方法很多，但对换热器的分类用的最多也是最重要的i种方法是按照其工作原理进行分类，分为间壁式、混

2、合式和蓄热式三类[1]O作为间壁式换热器，热流体和冷流体间有一固体壁面，两种流体被固体壁面隔开，彼此不接触，热量的传递必须通过壁面。混合式换热器依靠冷、热流体的直接接触而进行换热，换热后理论上应变成同温同压的混合介质流出。蓄热式换热器则依靠固体填充物组成的蓄热体传递热量，冷热流体依次交替的流过由蓄热体组成的流道。当热流体流过时，把热量储存于蓄热体中，其温度逐渐升高，而当冷流体流过时，蓄热体因放出热量温度逐渐降低，如此反复进行。目前国内外最普通且应用最广的是间壁式换热器，其它类型换热器的设计和计算常借鉴于间壁式换热器。作为一种应用

3、广泛的换热器，对其进行的研究也非常多，主要是提高其换热性能，文中提出了强化翅片管式换热器换热性能的方法,并通过实验数据对其进行热力对比计算。2提高换热器换热性能的途径在提高换热器的换热性能方面，国内外的专家学者都作了大量的分析。从传热方程Q=KAAt可以看出，单位时间的传热量Q不仅与传热系数K有关，而且与传热面积有关，但目前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，或采用高效传热管可明显提高传热系数［2］。另外提高流体的流速可以增大传热系数，但

4、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［3］。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［4］。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［5］,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。经研究可通过下列途径来增大设备单位体积的有效传热面积：①热传递面采用扩展面，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

5、；②增大原有热传递表而，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，从而来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、粗糙表而管、螺旋扁管。上述所列强化管在国内外已有了许多成功的开发和应用实例。以益阳氮肥厂变换锅炉软水加热器为例，采用缩放管后，换热面积减少了69%o波节管换热器在国内也有较广泛的应用；北京化工设计院和大连理工大学分别制造出烧结型和腐蚀型粗糙表面多孔管，用于强化沸腾传热，均取得较好的效果［4］o3强化换热器换热的方法

6、及热力计算通过对翅片管式换热器的结构进行改进与优化设计，然后对其换热性能与改进前换热器进行对比计算，结果是改进后的换热器的传热系数得到了提高。3.1调整换热器的翅片间距，设计成为变翅片间距。3.1.1设计原理本方法适用于将该换热器用于低温制冷系统中的蒸发器（在0°C及其以下条件工作时，翅片盘管外表面温度等于或低于湿空气的露点温度时），由于在低温工况下工作的蒸发器表面存在结霜问题，且蒸发器前几排管子的结霜较严重，而后几排管子的结霜相对较轻，因而可采用变间距的翅片设置［3］,亦即沿风向片距越来越小。霜开始形成时表面粗糙度增大，引起传

7、热面积增大，同时气体流速也增大，从而导致在结霜初期传热系数K增大，但随着霜层的不断增厚传热热阻增加，最终导致传热系数K减小［6］,结霜对换热器性能的影响表现在降低其传热系数和增大其阻力两方面，合理的换热器结构应同时减小这两方面的影响［7］。当气流通过蒸发器时，由于空气中的水蒸气不断地在翅片管表面沉积，空气由于除湿作用相对湿度降低，沿气流方向翅片盘管表面结霜量是递减的，如果采取变片距结构，可以在结霜条件下保持其较高的传热效率，并延长其冲霜时间［8］。当蒸发器采用变翅片间距结构时，实际上已构成了翅片的错列分布，当空气横掠错列翅片时，

8、翅片的交错分布使得上游翅片对下游翅片有绕流作用，由于前面翅片的绕流，翅片的前半部分换热加强，后面的翅片的分布又使得流道变窄，流速提高，翅片后半部分的换热也得到强化［9］。3.1.2变翅片间距的结构示意图及对比计算由于该改进方案采用的是变翅片间距形式，在理论上可近