翅片管及翅片管換熱器 第1頁，共22頁。 翅片管是一種帶肋的壁面，在動力、化工等工業中有廣泛的應用，許多螺旋型換熱面或螺紋管也都可看作是翅片管。它對擴展換熱面積和促進湍流有顯著作用，無論對單相對流換熱還是相變對流換熱都具有很大作用。翅片管換熱器的結構與一般管殼式換熱器基本相同。只是用翅片管代替了光管作為傳熱面，由于傳熱加強、結構緊湊，故可做成緊湊式換熱器；翅片管換熱器也經常用于加熱或冷卻管外氣體，而在管內通以蒸汽或水，例如空冷器、鍋爐省煤器、暖氣片等。 第2頁，共22頁。 一、翅片管的結構 有縱向和徑向(橫向)兩類翅片，其它類型都是這兩類的變形，例如大螺旋角翅片管、螺紋管等，前者接近縱向，后者接近橫向。肋片可在管內、管外或內外兼有。肋片管按制造方法不同可分為整體翅片、焊接翅片和機械連接翅片。幾種帶縱向肋片和徑向肋片的翅片管如圖所示。 橫向 縱向 第3頁，共22頁。 第4頁，共22頁。 第5頁，共22頁。 整體翅片由鑄造、機械加工或軋制而成，肋片與管子一體，無接觸熱阻，強度高，耐熱震和機械震動，因而傳熱、機械和熱膨脹等性能較好，但制造成本提高，對低翅片比較適用；焊接翅片用釬焊或氬弧焊等工藝制造，現代焊接技術可使不同材料的翅片與母體管連接在一起并將其扭彎成各種形狀。焊接翅片管由于制造簡易、經濟且具有較好的傳熱性能和機械性能，已在工業上廣為應用。 第6頁，共22頁。 焊接肋片主要問題是焊接工藝質量、焊縫中殘渣不利傳熱甚至引起斷裂，高頻焊常被采用，效果較好；機械連接翅片管通常有繞片式、鑲嵌式、熱套或脹接式三種類型。機械連接翅片管的優點是經濟、肋片和管子材料可任意組合，翅化比可大到30，其缺點是接觸熱阻可能因膨脹不均勻引起松動而加大，故繞片式的工作溫度多不超過200～250℃，鑲嵌式耐熱性能較好，常用于250~350℃的場合，但制造費高，強度較低。 第7頁，共22頁。 翅片管的材料范圍很廣，有碳鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金、錫及銅合金、鈦、蒙乃爾合金等，有時還采用雙金屬翅片以節約貴重金屬，同時又能適應耐腐蝕性等工藝要求。 翅片管換熱器中管束兩端沒有翅片且外徑較大，故與光管一樣可與管板焊接或脹接，必要時也可裝設折流扳，裝折流板處應制成沒有翅片的平直段。由于翅片管應用廣、材料和制造方法多樣，工業發達國家都已標準化、系列化，并有專門的研究機構和制造廠。 第8頁，共22頁。 二 、翅片管的優點主要是： (1)傳熱能力強 與光管相比，傳熱面積可增大2～30倍，傳熱系數可提高1～2倍； (2)結構緊湊 由于單位體積傳熱面加大，傳熱能力增強，同樣熱負荷下與光管相比，翅片管換熱器管子少，筒體直徑或高度可減小，因而結構緊湊且便于布置； (3)可以更有效和合理地利用材料 不僅因為結構緊湊使材料用量減少，而且有可能針對傳熱和工藝要求來靈活選用材料，例如不同材料制成的鑲嵌或焊接翅片管等； 第9頁，共22頁。 (4)當介質被加熱時，與光管相比，同樣熱負荷下的翅片管管壁溫度有所降低，這對減輕金屬面的高溫腐蝕和超溫破壞是有利的。 不管介質是被加熱或冷卻，傳熱溫差都比光管時小，這對減輕管外表面結垢是有利的。結垢減輕的另一重要原因是翅片管不會象光管那樣沿圓周或軸向結成均勻的整體垢層，沿翅片和管子表面結成的垢片在脹縮的作用下，會在翅片根處斷裂，促使硬垢自行脫落； (5)對于相變換熱，可使換熱系數或臨界熱流密度增高。 第10頁，共22頁。 翅片管的主要缺點是造價高和流阻大。例如空冷器的翅片管由于工藝復雜，其造價達設備費用的50一60％；阻力大，導致動力消耗大。但如造型得當，可使動力消耗減少，與傳熱加強的得益相比合算就行。 第11頁，共22頁。 翅片管的應用 徑向翅片管表面積擴展程度大于縱向翅片管，工業上利用廣泛。前已闡明，強化對流換熱的措施加在換熱能力較弱的一側，方能有效地提高傳熱系數K，因此，翅片管的翅片一般應加在換熱系數較小的一側方為合理。α值相差3倍以上者效果更加顯著。例如空冷器，故翅片多設在氣側，以彌補氣側α值低的缺陷，當兩側α值相近時，則適宜于內外加切片或外翅管內加麻花鐵、螺旋線擾流器。 一般情況，兩邊換熱系數相差很大時才采用高翅片，低翅內螺紋管對于防止管內的傳熱危機甚為有效；鑒于翅片管的優良防結垢能力，故對有嚴重污垢工況的重沸器等換熱設備有利。 第12頁，共22頁。 三、翅片管的傳熱計算 翅片管或帶肋壁的傳熱計算包括單個翅(肋)片的計算和整個肋壁面的傳熱計算． 單