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为了降低成本,并减少制冷剂充注量,小管径翅片管换热器(管径小于或等于5 mm)正在逐渐取代7mm或更大管径的换热器。当管径从7 mm减至5 mm,管路的截面积将减少49%,制冷剂充注量也相应减少。
然而,在空气侧,小管径换热器的翅片尺寸要小于大管径换热器的翅片,即减小了换热面积。另外,与管径密切相关的翅片间距也会减小,使得空气压降增加。在制冷剂侧,采用小管径管路会增加制冷剂压降,并减少管路换热面积。
因此,本文并提出小管径翅片管蒸发器的优化设计方法,包括翅片结构的设计以及制冷剂流路的设计,并对采用5 mm 管径蒸发器的空调器进行了实验测试。
翅片管束1什么是翅片管束?
由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅片管束。一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。
2翅片管束的结构组成包括?
翅片管(多支):传热的基本元件。
管箱(集箱)或管板:连接翅片管两端的箱体,弯管或钢板。当翅片管与箱体或管板连接以后,翅片管之间的间距也就固定了,同时,管箱使管内的流体形成了连续的流道。
构架:使整个翅片管束得以支撑和固定。
3翅片管的排列方式? 在一个管束中,翅片管排列方式的选取是致关重要的。有两种排列方式:叉排和顺排。
所谓叉排,是指在气流方向管子交叉排列,而顺排是指在气流方向管子顺序排列。
顺排和叉排的优缺点:
顺排:流体管外绕流时,受到的扰动较小,换热系数较低,但优点是阻力小。
叉排:流体管外绕流时,受到的扰动较大,换热系数较高,但缺点是阻力大。
当对阻力降没有严格限制时,应叉排排列;当要求的阻力降很小时,应选取顺排方案。
4管箱的结构形式
如果说管束的排列形式(顺排或叉排,及管间距的选取)主要是考虑管外流体的换热要求而确定的话,那么管箱的形式和结构则主要是考虑管内流体的压力和换热要求。
一般应遵循下列原则:
(1)若管内流体的压力较高,一般选用大直径的圆管作为管箱。
例如,在锅炉应用上,几乎都选用圆管作为管箱。
2)在空冷器应用上,喜欢采用方形箱体。
方形箱体的优点是可以同时连接多排翅片管。当管内是蒸汽的凝结时,需要有大的蒸汽空间,一个管箱与多排管子相连是必要的。
(3)当管内流体的进出口温度相差很大时,管箱可能会因为管排的热膨胀不同而变形,这时,宜采用分解式管箱。
4)除了管束的排和后排,必须采用相应的管箱连接之外,其它各排好用弯管一对一连接。其优点在于:
能提高换热效率。理论证明,一对一连接能避免各排管流体的掺混,而流体的掺混使传热温差和传热效率降低。
能减少流体的流动阻力。因为一对一连接保证了流动截面积不变,避免了流体不断地膨胀和收缩。
弯管能“吸收”热膨胀而产生的变形。
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管子两侧的换热系数如果相差很大,则应该在换热系数小的一侧加装翅片。
:锅炉省煤器,管内走水,管外流烟气,烟气侧应采用翅片。
:空气冷却器,管内走液体,管外流空气,翅片应加在空气侧。
:蒸汽发生器,管内是水的沸腾,管外走烟气,翅片应加在烟气侧。
应注意,在设计时,应尽量将换热系数小的一侧放在管外,以便于加装翅片。
如管子两侧的换热系数都很小,为了强化传热,应在两侧同时加装翅片,若结构上有困难,则两侧可都不加翅片。在这种情况下,若只在一边加翅片,对传热量的增加是不会有明显效果的。
:传统的管式空气预热器,管内走空气,管外走烟气。因为是气体对气体的换热,两侧的换热系数都很低,管内加翅片又很困难,只好用光管了。
:热管式空气预热器,虽然仍是烟气加热空气,但因烟气和空气都是在管外流动,故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管,使传热量大大增加。
如果管子两侧的换热系数都很大,则没有必要采用翅片管。
:水/水换热器,用热水加热冷水时,两侧换热系数都足够高,就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热,可采用螺纹管或波纹管代替光管。
:发电厂冷凝器,管外是水蒸汽的凝结,管内走水。两侧的换热系数都很高,一般情况下,无需采用翅片管。
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