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换热器类型及工作性能

换热器按照其工作原理可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。

间壁式换热器,热流体和冷流体间有一固体壁面,两种流体被固体壁面隔开,彼此不接触,热量的传递必须通过壁面。

混合式换热器依靠冷、热流体的直接接触而进行换热,换热后理论上应变成同温同压的混合介质流出。

蓄热式换热器则依靠固体填充物组成的蓄热体传递热量,冷热流体依次交替的流过由蓄热体组成的流道。当热流体流过时,把热量储存于蓄热体中,其温度逐渐升高,而当冷流体流过时,蓄热体因放出热量温度逐渐降低,如此反复进行。

套装翅片工艺是预先用冲床加工出一批单个的翅片，然后用人工或机械方法，按一定的距高(翅距)，靠过盈将翅片套装在管子外表面上。它是应用早的一种加工翅片管的方法。由于套装工艺简单，技术要求不高，所用设备价格低廉，又易于维修，所以，至今仍有不少工厂在采用。此工艺是一种劳动密集型工艺方案，适合于一般小厂或乡镇企业的资金和技术条件。   

用人工方法套装的称为手工套装。它是借助工具，依靠人的力量将翅片一个个压人的。这种方法因为翅片的压人力有限，故套装的过盈量小，翅片容易产生松动现象。机械套装翅片是在翅片套装机上进行的。由于翅片压人是靠机械冲击力或液体压力，压入力大，所以，可采用较大的过盈量。翅片和管子之间的结合强度高，不易松动。机械传动的套装机生产率高，但噪音大，性差，工人的劳动条件欠佳。液压传动的虽然不存在上述问题，但设备价格较贵，对使用维修人员的技术要求较高，其生产率也低些。   

镶嵌式螺旋翅片管是在钢管上预先加工出一定宽度和深度的螺旋槽，然后在车床上把钢带镶嵌在钢管上。在缠绕过程中，由于有一定的预紧力，钢带会紧紧地勒在螺旋槽内，从而保证了钢带和钢管之间有一定的接触面积。为了防止钢带回弹脱落，钢带的两端要焊在钢管上。为了便于镶嵌，钢带和螺旋槽间应有一定的侧隙。如果侧隙过小，形成过盈，则镶嵌过程难以顺利进行。此外，缠绕的钢带总会有一定的回弹，其结果使得钢带和螺旋槽底面不能很好的接合。镶嵌翅片可在通用设备上进行，费用不高，但是工艺复杂生产效率低。   

  钎焊螺旋翅片管的加工分两步进行。首先，将钢带平面垂直于管子轴线按螺旋线方式缠绕在管子外表面上，并把钢带两端焊在钢管上固定，然后为钢带和钢管接触处的间隙，用钎焊的方法将钢带和钢管焊在一起。此种方法因其造价昂贵，故常用另一种方法，即将缠好钢带的管子放进锌液槽内进行整体热镀锌来替代。采用整体热镀锌虽然镀液不见得能很好地渗进翅片和钢管之间极小的间隙，但在翅片外表面和钢管外表面却形成了一个完整的镀锌层。采用整体热镀锌的螺旋翅片管，因为受到镀锌层厚度的限制(镀锌层厚时，锌层牢固性差，易脱落)，加之锌液不可能全部渗入间隙内，所以，翅片与钢管的结合率仍不高。另外，锌的传热系数比钢小（约为钢的78%），故传热能力低。锌在酸及碱、硫化物中极易遭受腐蚀，因此，用镀锌螺旋翅片管不适于制作空气预热器(回收锅炉烟气余热)。   

  高频高频焊螺旋翅片管是目前应用为广泛的螺旋翅片管之一，现广泛应用于电力、冶金、水泥行业的预热回收以及石油化工等行业.高频焊螺旋翅片管是在钢带缠绕钢管的同时，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，对钢带和钢管外表面加热，直至塑性状态或熔化，在缠绕钢带的一定压力下完成焊接。这种高频焊实为一种固相焊接。它与镶嵌、钎焊(或整体热镀锌)等方法相比，无论是在产品质量（翅片的焊合率高，可达95%），还是生产率及自动化程度上，都是更为先进。   

  三辊斜轧整体型螺旋翅片管其生产原理如图1.8所示,在光管内衬一芯棒,经轧辊刀片的旋转带动,无缝钢管通过轧槽与芯头组成的孔腔在其外表面上加工出翅片。这种方法生产出的翅片管因基管与外翅片是一个有机的整体,因而不存在接触热阻损失的问题,具有较高的传热效率。三辊斜轧法与焊接法相比,该生产线具有生产效率高,原材料耗用低,且生产的翅片管换热率高等优点。   

目前三辊斜轧整体型螺旋翅片管技术已成功应用于翅片为铜、铝的单翅片管或复合翅片管，或钢质的低翅片管；钢质整体型翅片管目前市场上多见为低翅片管，整体型高翅片管其材质多为铝、铜等，一般是冷轧成型。   鉴于现在市场上高频焊翅片管、有色金属整体轧制翅片管较容易找到，而整体轧制翅片管（钢）较少翅片管的应用场合。

翅片管的传热过程，可用下面的图解加以说明，并后推出传热系数的定义和表达式。为了方便讨论，将圆管壁面简化为平壁：对于管内为水的流动：hi≈5000 W/(㎡·℃), Ri=1/hi=0.0002 (㎡·℃)/W 设管壁厚度 δ=0.003m, 导热系数 λ=40 W/(m·℃ ) (对碳钢)：管外为翅片管，设基管外表面的换热系数 ho=200 W/(㎡·℃), 由此可见，管壁导热热阻 Rw=δ/λ 很小，约占总热阻的 1% 左右，可忽略之。为了设计，对翅片管传热，可取 f =0.8~0.9。主要考虑：管面的污垢和积灰是一项附加的热阻，可使 R总增大，使传热系数有所下降。此外，系数 f 也考虑了管内热阻 Ri 及管壁热阻 Rw 的影响。一般，f 值可按下表选取管。内为水的单相对流时管外有积灰管外无积灰管内为水的相变时 (沸腾和凝结)。特殊情况：若管内为制冷剂或碳/氢化合物的液体或相变时，可取 f =0.7 4.。

传热系数的估算表   

根据简化后的传热系数 K 的计算式：K=ho×f；

翅片管管外换热系数的换算式：ho=h×β×η气体绕流翅片管束时的换热系数和传热系数计算表：

表中包括了目前常用的翅片管规格和常见的冷热流体的情况，与的计算结果相比，误差在±10% 左右，是可以接受的。