翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成,如室内取暖用翅片管散热器;也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式的热交换器。
翅片管是翅片管热交换器中的主要换热元件,翅片管由基管和翅片组合而成,基管通常为圆管[图3.54(a)],也有扁平管[图3.54(b)]和椭圆管[图3.54(c)]。管内、外流体通过管壁及翅片进行热交换,由于翅片扩大了传热面积,使换热得以改善。翅片类型多种多样,翅片可以各自加在每根单管上[图3.54(a)],也可以同时与数根管子相连接[图3.54(b)及(c)]。
图3.54 翅片管热交换器
图3.55 空气冷却器的基本结构
空冷器是一种常见的翅片管热交换器,它以空气作为冷却介质。其组成部分包括管束、风机和构架等(图3.55)。管束是空冷器中的主要部分,它由翅片管、管箱和框架组成,是一个独立的结构整体(图3.56)。它的基本参数有管束型式(指水平式、斜顶式等),工作压力和温度,翅片管型式和规格,管箱型式、管束长度和宽度、管排数、管程数等。型号表示法如下例所示:
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即:P——水平式管束,长、宽各名义尺寸分别为9m和3m,4管排,翅片表面积和光管表面积分别为3020m2和129m2,压力等级为16×105Pa,R——绕片式翅片管,Ⅱ——2管程,a——法兰密封面为平面型。
低翅管(低肋螺纹管或螺纹管)热交换器是翅片管热交换器的另一种型式,它们的翅高约为2mm左右,翅化比相当小,约3~5,不适用于空气而适用于低沸点介质的冷凝或蒸发。其基本结构与管壳式热交换器相同,即具有管束、折流板、管板、壳体及管箱等部件。
微细肋管是在低翅管基础上发展和演变而成的用于强化冷凝或沸腾的传热管。在强化冷凝传热上有:强化管外冷凝的日本锯齿形翅片管(Thermoexcel—C管),我国的DAC管及花瓣形翅片管,德国的GEWA—TXY管;强化管内冷凝的螺旋槽管和内螺旋翅片管;双面强化的(管内为螺旋槽,管外为锯齿形或花瓣形翅片)复合冷凝传热管等。在强化沸腾传热上有:德国的T管(GEWA—T管),日本的Thermoexcel—E管,我国的DAE管,美国的Turbo—B管,多孔管等。
图3.56 空冷器管束(中、低压)
A-管束长;B-管束宽
翅片管热交换器由于在管表面上加翅,不仅传热面积增加(比光管可增大2~10倍),而且可以促进流体的湍流,所以传热系数比光管可提高1~2倍,特别是当有翅侧的α远低于另一侧时,收效尤其显著。由于传热能力的增强和单位体积的传热面加大,故与光管比在完成同一热负荷时可用较少管数,壳体直径或高度也相应减小,结构紧凑并使金属消耗量减少。因为翅片的材料可与基管不同,材料的选择与利用就更为合理。采用了翅片管使介质与壁面的平均温差降低,减轻结垢,并且在翅片的胀缩作用下,已结的硬垢会自行脱落。翅片管热交换器用作空冷器时,虽然比光管时流阻大、造价高,体积与水冷器比也要大得多,但由于节省了工业用水量,避免了工业用水排放所带来的环境污染,维护费用只有水冷系统的20%~30%,故空冷器得到了广泛的应用。
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