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椭圆翅片管是什么 关于椭圆翅片管的详细介绍

椭圆翅片管 是一种由基管椭圆管和外翅片组成的换热元件。常见的有椭圆矩形翅片管,椭圆椭圆形翅片管,椭圆圆形翅片管,螺旋椭圆扁管,椭圆H 形翅片管等。由于比圆翅片管性能优越椭圆翅片管而正在受到重视,目前椭圆翅片管已经广泛应用于乙烯、炼油等工业领域。椭圆翅片管作为高效换热元件用于换热设备中。管外流阻小,换热效率高,使得换热设备趋于紧凑、轻巧、高效并小型化得以实现。虽然关于它们的研究取得了很多成果,但是仍有很多研究工作尚待开展。

简介

随着科学技术和工业的发展,换热设备趋于紧凑、轻巧、高效并小型化,但是一般换热器不能满足上述要求,这就促使人们去研究高效换热器。因此管翅式换热器作为一种高效换热器受到学者们的青睐。目前管翅式换热器在制冷、空调等工业领域已经有着广泛的应用,核心元件是换热器内部的管束,为提高传热性能在基管表面加翅片是强化传热的一个非常有效的途径,并且与光管相比,翅片管有结构紧凑,选材灵活合理(基管和翅片的选材可以不同),传热效率高等优点 [1]  。

翅片管的种类很多 [2]  。根据翅片安装位置的不同,翅片管有内翅片管和外翅片管两种,其中以外翅片管应用较为普遍。根据翅片排列方式的不同,翅片管有纵向翅片管和横向翅片管两种。根据基管形状的不同,翅片管有圆翅片管、椭圆翅片管和扁管翅片管等。目前市场上圆翅片管换热器占据着主导作用,但大量试验表明,相对于圆翅片管而言,椭圆管的管后回流区和迎风面积要小得多,有效地减小了空气侧的流动阻力、降低能耗;当管束数目相同时,椭圆管和扁管比圆管结构更紧凑,换热器的体积更小,降低成本。因此,椭圆管翅式换热器的研究开发日益受到学者的重视。

椭圆翅片管研究现状

刘宝兴等 [3]  对十种椭圆矩形翅片管束的放热和阻力性能进行试验研究。用线性回归分析和F 水平显著性检验方法对实验数据进行分析,求得了椭圆矩形翅片管束的空气侧放热和阻力性能的关联式。确定了椭圆矩形翅片管束分别在最小容积和最小迎风面积标准下相应的最佳横向管间距和纵向管间距。分析实验数据得到管排数、横纵向管间距和摩擦系数之间相互影响的规律。杨金宝等 [4]  研究了不同椭圆长短轴之比(a/b)的椭圆管翅片间距对放热的影响,并对带四个扰流孔的矩形翅片椭圆管在横掠气体中进行了放热研究。得出了可以作为工程计算基础的简单公式。屠珊等 [5]  用稳态恒壁温法对三个椭圆翅片管空冷器和一个圆形翅片管空冷器的传热和阻力特性进行了试验研究。通过对实验的研究分析得到了两种翅片管不同工况下的Nu 和Re 关联式。研究还表明:迎风面流速相等时, 椭圆翅片管比圆形翅片管空气侧换热系数约大3~ 7 倍;换热系数相等时,椭圆翅片管比圆翅片管的压降,并且椭圆翅片管换热器需要较小的引风机能耗和换热面。陈亚平等对轧片式椭圆铝翅钢管换热器的传热及流动阻力特性进行了测试。阻力特性试验分别对3 排和4 排管试验件进行,试验数据表明:随着翅片管侧迎面风速的增加压力降逐渐增大,同时4 排管试验件的压力降明显大于3排管的,因此管排数的增加减弱了翅片管的换热。试验结果表明:独特工艺制造的轧片式椭圆铝翅钢管具有良好的传热、阻力性能和足够的结构强度, 因此有广泛的应用前景。段芮等 [6]  对翅片间距不相等的翅片管散热器在管束叉排布置时的传热和阻力性能进行了实验研究。实验用钢管钢翅片椭圆管散热器,换热器内为两排管,用第二排的翅片间距大于第一排的布置方式使得第二排的管外空气阻力减小,增加了换热量。

椭圆翅片管的特点


  (1)相对于圆管翅片管,椭圆翅片管更容易实现紧凑布置,使整个换热器整体体积减小,从而减小了占地面积。
  (2)由于椭圆翅片管形状特点,空气侧阻力小,流体间的换热系数增大;管内热阻比较小,增加了管内流体的换热量。
  (3)椭圆翅片管的换热面积大于同等截面积的圆管,这是因为同等的横截面积下,椭圆管的传热周边比较长。
  (4)椭圆翅片管中最常用的是矩形钢翅片,强度高,基管冬季不宜冻裂,使用寿命长。
  (5)由于椭圆翅片管可以更紧凑的布置,前排管对后排的影响比较大,可以通过增大后排管的翅片间距,减小管外流阻,但是管排数不宜过大。

椭圆翅片管翅片效率的计算方法

椭圆翅片管由基管椭圆管和外翅片组成。常见的有椭圆矩形翅片管,椭圆椭圆形翅片管,椭圆圆形翅片管,螺旋椭圆扁管,椭圆H 形翅片管等。由于比圆翅片管性能优越椭圆翅片管而正在受到重视,目前椭圆翅片管已经广泛应用于乙烯、炼油等工业领域。

在计算椭圆管翅式换热器翅片效率时人们常把椭圆翅片管当量成圆翅片管,按照圆翅片管计算分析。当量圆管的选取方法有两种,一种是使当量圆管的横截面积与椭圆管横截面积相等,另一种是使当量圆管的周长与椭圆管的周长相等。

尾花英朗 [7]  以椭圆管矩形翅片替代了与其面积相等并与基管偏心率相同的椭圆翅片,并且进行了翅片效率的理论计算。黄素逸等 [8]  根据计算圆管外圆翅片效率的公式,求得管外不同曲率半径方向处翅片效率,然后用面积平均的方法对椭圆管矩形翅片进行了分析计算。张春雨等 [9]  采用了有限差分数值分析的方法,应用温度逐次更新处理技术对不同扰流孔下的椭圆管矩形翅片的翅片效率进行计算;并与尾花英朗提出的采用当量椭圆简化矩形翅片的方法做了对比,结果表明,采用当量椭圆简化矩形翅片使翅片效率偏高。闵敬春等 [10]  验证了扇形法[21]可以用于椭圆管翅片效率的计算。计算了在不同工况下长短轴比范围为1~5 的椭圆管直翅换热器的翅片效率,并将计算结果与工程常用的等周长法和等面积法做了比较,得出扇形法与等周长法和等面积法差异的规律变化。同时得到当椭圆翅片管叉排布置时,等周长法远小于等面积法的偏差;而当椭圆翅片管顺排布置时,等周长法与等面积法的偏差近似相等。

展望

椭圆翅片管作为高效换热元件用于换热设备中。管外流阻小,换热效率高,使得换热设备趋于紧凑、轻巧、高效并小型化得以实现。虽然关于它们的研究取得了很多成果,但是仍有很多研究工作尚待开展。

(1)椭圆翅片管有很多的优点,较研究比较匮乏。

(2)翅片效率在换热计算中起着关键性的作用。椭圆翅片管翅片效率的计算都有很多种方法,但基本上都是以等效法为基础进行的,等效法存在着一些偏差,用于指导实际工程时要对这些偏差进行修正。因此,为了获得更准确的结果并且更方便的指导工程,今后有必要对其进行更加系统的研究。

(3)有关椭圆翅片管内外特性和换热规律的研究已经非常全面,国内外学者做了大量的理论分析、实验研究和数值模拟。但对扁管翅片管的研究相对较少,尤其是对扁管翅片管内外、温度和速度场的研究比较少。虽然扁管翅片管空气侧阻力比较小,换热系数高,但其内部流体阻力比较大,制冷剂充注量比较少,限制了扁管翅片管在换热器中的应用。因此如何解决扁管内部流阻大的问题需要更多更深入的研究。

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