第七章 翅片管式换热器第七章 翅片管式换热器翅片管式换热器在动力、化工、石化、空调工程、制冷工程中应用广 泛。如空调工程中使用的表面式空气冷却器、空气加热器、风机盘管、 制冷工程中使用的冷风机蒸发器等属于典型的翅片管式换热器。1.翅片2.蒸发管3.毛细管直接蒸发式空气冷却器蒸发器工作原 理：液态制冷剂经过等长的毛 细管均匀送入各路翅片 管，吸收外掠翅片管的空 气的热量后变为蒸汽，然 后回到压缩机。外掠翅片 管的空气再经过适当处理 后即可送入空调房间，使 空调房间维持一定的温湿 度，达到空调的目的。一、基本构造翅片管式换热器由单根或多根翅片管组成。翅片管由基管（圆 管、扁平管、椭圆管）与翅片构成。翅片可分别加在每根管子 上，也可以同时与数根管子相连。 管内、外流体一般布置成叉流流动方式。扁平管+翅片的形式1.翅片管的分类按结构分类纵向和横向（径向）翅片两大类。螺旋翅片管典型的翅片管结构形式螺旋翅片管按制造工艺分类翅片管分为整体翅片管、焊接翅片管、高频焊翅片管和机械连接 翅片管。整体翅片由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，如 低压锅炉的省煤器就采用整体铸造的翅片管。无接触热阻、强度高、耐热震和机械振动，传热、机械及热膨胀 性能均较好，但制造成本高，适用于低翅片管（翅化比小于 5）。 焊接翅片用钎焊或惰性气体保护焊等工艺制造。不同材料的翅片 与管焊接在一起，翅片管制造简易、具有较好的传热和机械性能， 在工业上广为应用。焊缝中的残渣不利于传热，必须保证焊接质 量。 高频焊翅片利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅 片接触处产生高温而部分熔化，再通过加压使翅片与管子连成一 体。连接过程中无焊剂、无焊料、制造简单、性能优良，工业应用 中最多的一种工艺。机械连接翅片管有绕片式、镶片式、套片式或串片式等。绕片式套片式或串片式轧片式二次翻边片良好的传热性能、耐温性能、耐热冲击能力及耐腐蚀能力，易于 清理污垢，压降较低等。有碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金、蒙太尔合金等，有时 还可以采用双金属翅片替代贵金属材料。2.翅片管的基本要求按材料分类加翅原则：根据管内、外两侧流体传热性能进行选择。通常翅 片加在对流换热系数小的一侧；当两侧换热系数接近时，则在管 内、外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动 元件。当翅片管式换热器用于加热空气或冷却空气但不产生凝结水 时，这种过程称为干工况（等湿加热或等湿冷却过程）。两 侧均为液体时，其传热系数或对流换热系数均按干工况计 算。1.干工况1.干工况二、翅片管式换热器的传热计算moomiitFKtFKQ=翅片管式换热器传热基本方程与其它管式换热器一样，即根据翅片管式换热器在加热或冷却空气的过程中是否有凝结 水析出，其传热系数的计算分为干工况与湿工况。总传热系数 ooioi i iir ddFrK1ln2111+ +=ooioo i ior ddFrK1ln211+ +=io FF11=金属基管，可以近似为平壁计算： oo i iirrK111+=oo i iorrK11+=F1o- 每米管的管外表面积； F1i- 每米管的管内表面积。（传热过程无接触热阻）外掠翅片管束的换热和压降圆管圆形翅片管束（管外对流换热系数）296. 03/1718. 0max1378. 0 =ffprro HScdGd dr-翅根直径； Gmax-最窄流通截面处的质量流速； Sf-翅片间距； Hf-翅片高度。管外压降 22 maxnGfP =515. 021927. 01316. 0max86.37 =SS dSdGfrr n-流动方向上的管排数； S1-横向节距； S2- 纵向节距。圆管矩形翅片叉排管束（管外对流换热系数）4 . 0212 . 012 . 0167. 0max1251. 0 + =rrfrrreo dSdS SdS ddSGd frfffrr eFFnFFdFd11111)2/(+=F1r- 每米管的管外无翅片表面积； F1i- 每米管的管外翅片部分表面积； nf- 单位程度上的翅片数。管外压降22 maxnGfP = + =refrrre dd SdS ddSdGf7 . 019 . 01245. 0max1463. 1适用于表面结构未作任何处理的平直翅片管 束。2.湿工况2.湿工况当湿空气外掠翅片管时，由于管外表面温度低于湿空气的露点温 度，空气不但被冷却，而且其中所含的水蒸气也将部分凝结出来， 在翅片表面形成水膜。这种过程称为湿工况。总传热系数显热交换与潜热交换oo i iorrK11+=()2121 ttciip=- 析湿系数； i1-进口空气焓值； i2-出口空气焓值。的大小直接反映在减湿冷却过程中， 空气中凝结水的析出程度，同时又反映 因存在湿交换使得传热量增大的程度。干工况，1。三、翅片管的结构及参数基管外径与管壁厚参照相关设计标准、手册。翅片高度与厚度增加翅高，翅片表面积增加，但翅片效率下降。翅化比单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面积之比 （1728）。翅片间距影响翅化面积的大小以及管外流体的流动、换热。管长参照相关设计标准、手册。设计中，考虑翅侧的热阻较大，需对翅侧进行传热强化。工程中， 多采用强化传热型翅片，如：间断型翅片、冲孔、开槽翅片、波纹 翅片等等。四、干式空冷器的设计1.设计参数管内流体温度设计气温选取原则：设计气温为一年中只允许有5天时间的实际 气温会超过它，而其它天数内出现的气温都不会比它高。管排数通用的管排数是2、4、6、8排，以4、6排居多。设计的空气温升 在1520以上，温升较小，则增加管排数。迎面风速一般取1.43.4 m/s，排数少取上限，排数多取下限。2.设计步骤一般步骤：总体考虑估算选型设计精确计算总体考虑1.冷却方式比较； 2.选择空冷器的结构型式； 3.流程布置。估算1.传热量； 2.传热系数（平均温差）； 3.换热面积。结构设计1.管排数； 2.迎面风速； 3.迎风面积； 4.管束设计； 5.管程数。泵与风机选型根据计算的风量、风压，结合风机特性曲线选取风机型式及风 机叶片角度。精确计算1.管内流体的换热系数； 2.选取污垢热阻； 3.计算管壁热阻； 4.计算以光管外表面积为基准的换热系数； 5.计算总传热系数； 6.计算传热平均温差； 7.计算以光管外表面积为基准的传热面积Fo，比较精确的Fo计 算值与估算值 。