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翅片管式换热器总传热计算

采用平壁导热计算公式，总传热计算方程：

 二：翅片效率简化计算前提

( l ）翅片材料的导热系数为常数；

( 2 ）翅片厚度远小于翅片高度与翅片宽度；

( 3 ）翅基温度、翅周围介质温度、翅表面与周围介质的对流传热系数均为常数；

( 4 ）翅端绝热。

 三：翅片管束的换热和流动阻力

 由于空气侧或烟气侧的换热系数很低，因此我们一般采用翅片管。此外，当流体流过翅片管束时，须克服一定的流动阻力，因而会产生压力降△P ，压力降越大，说明消耗的动力越大。所以压力降的计算也是一个应该关注的问题。

1 ．流体绕流翅片管束时的管外换热系数

换热系数是指当流体流过固体壁面时，单位时间，单位面积，单位温差时的换热量。应注意，这儿说的单位温差是指固体壁面和流体之间的温差。换热系数我们用 h 来表示，其单位是： W /（㎡.℃）。翅片管的排列有顺排和叉排之分，由于顺排和叉排时流体的流动状态不同，因而其换热系数的计算式是不同的。

顺排流动叉排流动所有翅片管束管外换热系数的计算式都是由实验得出来的，实验中要考虑很多因素的影响，因而所得出的结果又叫实验关联式。不同研究者进行的实验可能会得出形式上不同的实验关联式，但在同一条件下的计算结果应该是相近的。我们的任务就是选择信得过的关联式进行计算。

这里 Briggs和 Young 的实验关联式。他们曾对十多种环形翅片管束进行了实验研究，所有的实验管束都是叉排排列，管心距呈等边三角形布置。其标准误差在5％左右。下面只介绍对于高翅片管束的实验结果： 

式中，

df , db ：翅片外径和基管直径；

Y , H ：翅片间隙和高度；

入，μ和 Pr 分别为流体的导热系数，粘度系数和普朗特数。

根据流体温度查流体物性表得到；式中的 Gmax 是流体在窄截面处的质量流速，单位是 Kg /（㎡.s) . 所谓窄截面是指相邻两翅片管之间夹缝中的截面。由上式可知，影响换热系数 h 大的因素是流速，与 Gmax 的0.718次方成正比。如何应用这一关联式进行计算，后面将通过一个例题加以说明。

2．流体绕流翅片管束的流动阻力

Robinson 和 Briggs 对十多种叉排环形翅片管束进行了等温条件下的流动阻力测试。实验范围是：

上式中， K 是纵向管排数， f 是摩擦系数，是一个无因次数。对于按等边三角形排列的管束，由下面的实验关联式计算：

由上两式可见，影响翅片管束压力降△P的主要因素是：

是流速，与Gmax的2-0 .316 =1 . 684次方成正比；

第二是管间距，几乎与 Pt 的一次方成反比。

所以，为了降低阻力，可以选用较大的管问距和降低流体的流

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。