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翅片管





翅片管,又叫鰭片管或肋片管,英文名字叫“Fin Tube” 或”Finned Tube”, 也有時叫做“Extended Surface Tube”,即擴展表面管。顧名思義,翅片管就是在原有的管子表面上(不論外表面還是內表面)加工上了很多翅片,使原有的表面得到擴展,而形成一種獨特的傳熱元件。
為什么要采用翅片管?在原有表面上加工上翅片能起到什么作用?要回答這一問題,還需要從傳熱過程的某些基本原理說起。 
首先,要介紹一個傳熱學上的定義:固體表面與和它接觸的流體之間的換熱稱為對流換熱。我們最熟悉的對流換熱就是暖氣片外表面和空氣之間的換熱。生活經驗告訴我們:暖氣片面積越大,表面溫度越高(即表面溫度和空氣間的溫差越大),供熱時間越長,則換熱量越大,房間越暖和。這說明對流換熱量和換熱面積成正比,和溫度差成正比,和時間成正比。為了比較不同情況下對流換熱的強弱,我們需定義一個物理量:叫做“換熱系數”。 換熱系數是指單位面積,單位溫差(壁面和流體之間的溫差),單位時間的對流換熱量。其單位是J / (s.㎡.℃) 或 W/(㎡.℃). 對流換熱系數常用符號 h 表示。 

換熱系數的大小主要取決于下面幾個因素: 
l ,流體的種類和物理性質:例如水和空氣是截然不同的,其換熱系數相差甚大;l 流體在換熱過程中是否發生相變,即是否發生沸騰或凝結。若有相變發生,則其換熱系數將大大提高; 
l 還和流體的流速和固體表面的形狀有關。等等。 對流換熱系數的大小主要是通過實驗研究來確定,下面給出一組常用情況下的 
數值范圍: 
l     水蒸汽的凝結: h = 10000 ---20000  W/(㎡* ℃) 
l     水的沸騰    : h = 7000---10000  
l     水的對流    : h = 3000---5000  
l     空氣或煙氣的強制對流:   h = 30---50  
l     空氣或煙氣的自然對流:   h = 3—5    
由此可見,不同情況下其換熱系數的差別是非常巨大的。請記住上述換熱系數的數值范圍,這對以后翅片管的理解和選用是大有用處的。 
下面將討論一個具體的傳熱設備的實例: 
有一臺用熱水加熱空氣的換熱器,熱水在管內流動,空氣在管外流動。例如采暖用的熱風幕或汽車上的散熱器(radiator)都屬于這一種傳熱類型, 即熱水的熱量經過管壁傳給管外的冷流體—空氣。由此可見,傳熱過程是與間壁兩側的兩個對流換熱過程緊緊地聯系在一起的。 
對于上述實例: 管內水側對流換熱系數約為5000,而管外空氣側的對流換熱系數約為50, 二者相差100倍。由于空氣側的換熱“能力”遠遠低于水側,限制了水側換熱“能力”的發揮,使得空氣側成為傳熱過程的“瓶頸”,限制了傳熱量的增加。為了克服空氣側的“瓶頸”效應,在空氣側外表面加裝翅片將是一個最明智的選擇。加裝了翅片以后,使空氣側原有的傳熱面積得到了極大的擴展,禰補了空氣側換熱系數低的缺點,使傳熱量大大提高

關于加裝翅片的作用還可以用下面更形象的例子來說明:在一個邊境口岸的出入境處,假定甲方口岸有十個檢驗口,每小時能放行5000人,而乙方口岸只有一個檢票口,且辦的很慢,每小時只能放行50人。這樣,乙方側就成了旅客通關的瓶頸,使得甲方的“能力” 不能發揮。為了提高通關流量,最有效的辦法就是在乙方側多開幾個檢驗口。這與加裝翅片的原理是一樣的。 
在了解了翅片管的原理和作用以后,在甚么場合選用翅片管,有下面幾個原則: 
(1)管子兩側的換熱系數如果相差很大,則應該在換熱系數小的一側加裝翅片。   

例1:鍋爐省煤器,管內走水,管外流煙氣,煙氣側應采用翅片。 
例2:空氣冷卻器,管內走液體,管外流空氣,翅片應加在空氣側。 
例3:蒸汽發生器,管內是水的沸騰,管外走煙氣,翅片應加在煙氣側。 
應注意,在設計時,應盡量將換熱系數小的一側放在管外,以便于加裝翅片。   

(2)如管子兩側的換熱系數都很小,為了強化傳熱,應在兩側同時加裝翅片,若結構上有困難,則兩側可都不加翅片。在這種情況下,若只在一邊加翅片,對傳熱量的增加是不會有明顯效果的。 
 例1:傳統的管式空氣預熱器,管內走空氣,管外走煙氣。因為是氣體對氣體的換熱,兩側的換熱系數都很低,管內加翅片又很困難,只好用光管了。 
 例2:熱管式空氣預熱器,雖然仍是煙氣加熱空氣,但因煙氣和空氣都是在管外流動,故煙氣側和空氣側都可方便地采用翅片管,使傳熱量大大增加。 
(3)如果管子兩側的換熱系數都很大,則沒有必要采用翅片管。 

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