翅片管|強(qiáng)化傳熱技術(shù)|冷凝器-翅片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)在冷凝器中的應(yīng)用-河北耀一節(jié)能設(shè)備制造有限責(zé)任公司
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翅片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)在冷凝器中的應(yīng)用
來(lái)源：河北耀一節(jié)能設(shè)備制造有限責(zé)任公司 發(fā)布時(shí)間：2014/6/2 11:48:06
翅片管,強(qiáng)化傳熱技術(shù),冷凝器
隨著空調(diào)的普及以及空調(diào)節(jié)能問(wèn)題的日益突 出,蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)正以其節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等 優(yōu)點(diǎn)在住宅和大型建筑中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 間接蒸發(fā)冷卻器是蒸發(fā)冷卻空調(diào)的核心裝置,蒸 發(fā)冷卻技術(shù)的發(fā)展依賴(lài)于間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的突 破和進(jìn)展。而管式間接蒸發(fā)冷卻器是間接蒸發(fā)冷 卻技術(shù)的普遍的表現(xiàn)形式,間接蒸發(fā)冷卻技術(shù) 的突破和進(jìn)展取決于管式間接蒸發(fā)冷卻器效率的 提高。
根據(jù)蒸發(fā)冷卻 原理,水的蒸發(fā)是冷卻降溫的 前提。管式間接蒸發(fā)冷卻器管外側(cè)實(shí)現(xiàn)的是水與空氣直接接觸,空氣等焓冷卻過(guò)程,被冷卻的水通 過(guò)間壁吸收管內(nèi)一次空氣的熱量。也_是說(shuō),管 外側(cè)的傳熱傳質(zhì)效果直接影響到一次空氣的溫 降,也將決定了換熱器的效率。設(shè)法增強(qiáng)管外空 氣與水的傳熱傳質(zhì),_能提高管式間接蒸發(fā)冷卻 器的效率。所以管式間接蒸發(fā)冷卻器的管外強(qiáng)化 傳熱傳質(zhì)的研究具有很高的價(jià)值與意義。國(guó)內(nèi)外 對(duì)強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)進(jìn)行的研究取得了豐碩的成果, 目前已有的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)不下百余種[1、2]。 強(qiáng)化管式間接蒸發(fā)冷卻器的管外傳熱傳質(zhì)的方法 也很多,如對(duì)管外進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)合理的布水 方式、在噴淋水中添加潤(rùn)濕劑等。本文以管式間 接蒸發(fā)冷卻器為研究對(duì)象,重點(diǎn)從對(duì)管外進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)出發(fā),闡述了幾種強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的方法,研 究了如何強(qiáng)化管式間接蒸發(fā)冷卻器的傳熱傳質(zhì)性 能,為開(kāi)發(fā)和研究低能耗、管式間接蒸發(fā) 冷卻器奠定了基礎(chǔ)。
冷凝器的應(yīng)用范圍_廣闊，特別是在制冷空調(diào)系統(tǒng)中。冷凝器作為主要的傳熱設(shè)備之一，其性能的好壞直接影響到裝置的總體工作性能。因此，冷凝器傳熱過(guò)程的 強(qiáng)化得到了越來(lái)越廣泛的重視。為了提高冷凝設(shè)備的整體性能，通過(guò)管子形狀或表面性質(zhì)的改造來(lái)強(qiáng)化傳熱過(guò)程以提高冷凝器的效率，已成為國(guó)內(nèi)外冷凝器發(fā)展的一 種趨勢(shì)。
1.常見(jiàn)冷凝器類(lèi)型與特點(diǎn)
冷凝器又稱(chēng)“液化器”，是使蒸氣在其中放出熱量而液化的換熱器。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為水冷式、空冷式、蒸發(fā)式三種類(lèi)型。
1.1水冷式冷凝器
水 冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。水冷式冷凝器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。目前，由于水資源短缺，水冷式冷凝器中使用的冷卻 水普遍循環(huán)使用，其主要缺點(diǎn)是需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，初投資高，水處理費(fèi)用大。常用的水冷式冷凝器有臥式殼管式、立式殼管式和套管式等型式。
在 大中型空調(diào)制冷裝置及工業(yè)制冷中一般均采用水冷式冷凝器，其中又以殼管式冷凝器較常用。在殼管式冷凝器中，制冷劑通常在管外冷凝，水在管內(nèi)流動(dòng)。目前使用 的殼管式冷凝器有光管管束與滾壓低翅片管（即螺旋管）兩種。一般，氨用臥式殼管式冷凝器多采用光管管束，氟里昂冷凝器多采用滾壓低翅片管。
1.2空冷式冷凝器
空 冷式冷凝器也稱(chēng)風(fēng)冷式冷凝器，制冷劑在管內(nèi)冷凝，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這種冷凝器中有自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器和強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器。由于 空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)很低（25～35 W/m·2K）[1]，空冷式冷凝器的傳熱效率不如水冷式，冷凝溫度與冷凝壓力均較高。另外，在換熱負(fù)荷_的情況 下，空冷式冷凝器所需傳熱面積比水冷式冷凝器大，故而設(shè)備體積和質(zhì)量均龐大，占地大。但是可冷熱兩用，初投資低，系統(tǒng)維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)單。空冷式冷凝器在工 程實(shí)際中的應(yīng)用_廣泛，既可用于制冷系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)。其較大的優(yōu)點(diǎn)是不需冷卻水，因此特別適用于缺水地區(qū)或者供水困難的場(chǎng)合，在小型制冷空 調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。
1.3蒸發(fā)式冷凝器
蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和顯熱交換為基礎(chǔ)，制冷劑放出的熱量 同時(shí)由冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時(shí)吸收氣化潛熱，使管內(nèi)制冷劑冷卻和冷凝。蒸發(fā)式冷凝器中，省去了冷卻水在冷凝器中的顯 熱傳遞階段，使冷凝溫度_接近空氣的濕球溫度，可比水冷式冷凝器系統(tǒng)低3～5℃，從而大大降低壓縮機(jī)的功耗，耗水量只有水冷式冷凝器系統(tǒng)的1/3左右 [2]。我國(guó)蒸發(fā)式冷凝器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相對(duì)滯后，以往多應(yīng)用于大型的氨制冷系統(tǒng)。近年來(lái)，由于電力資源緊張和水資源匱乏，蒸發(fā)式冷凝器作為一種節(jié)能節(jié)水型 換熱設(shè)備，其研究和應(yīng)用得到了廣泛重視，加快了蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品技術(shù)的成熟和進(jìn)一步應(yīng)用。目前，已有一些生產(chǎn)廠家在結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行了完善，使之應(yīng)用于 空調(diào)機(jī)組
1.常見(jiàn)冷凝器類(lèi)型與特點(diǎn)
冷凝器又稱(chēng)“液化器”，是使蒸氣在其中放出熱量而液化的換熱器。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為水冷式、空冷式、蒸發(fā)式三種類(lèi)型。
1.1水冷式冷凝器
水 冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。水冷式冷凝器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。目前，由于水資源短缺，水冷式冷凝器中使用的冷卻 水普遍循環(huán)使用，其主要缺點(diǎn)是需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，初投資高，水處理費(fèi)用大。常用的水冷式冷凝器有臥式殼管式、立式殼管式和套管式等型式。
在 大中型空調(diào)制冷裝置及工業(yè)制冷中一般均采用水冷式冷凝器，其中又以殼管式冷凝器較常用。在殼管式冷凝器中，制冷劑通常在管外冷凝，水在管內(nèi)流動(dòng)。目前使用 的殼管式冷凝器有光管管束與滾壓低翅片管（即螺旋管）兩種。一般，氨用臥式殼管式冷凝器多采用光管管束，氟里昂冷凝器多采用滾壓低翅片管。
1.2空冷式冷凝器
空 冷式冷凝器也稱(chēng)風(fēng)冷式冷凝器，制冷劑在管內(nèi)冷凝，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這種冷凝器中有自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器和強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器。由于 空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)很低（25～35 W/m·2K）[1]，空冷式冷凝器的傳熱效率不如水冷式，冷凝溫度與冷凝壓力均較高。另外，在換熱負(fù)荷_的情況 下，空冷式冷凝器所需傳熱面積比水冷式冷凝器大，故而設(shè)備體積和質(zhì)量均龐大，占地大。但是可冷熱兩用，初投資低，系統(tǒng)維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)單。空冷式冷凝器在工 程實(shí)際中的應(yīng)用_廣泛，既可用于制冷系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)。其較大的優(yōu)點(diǎn)是不需冷卻水，因此特別適用于缺水地區(qū)或者供水困難的場(chǎng)合，在小型制冷空 調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。
1.3蒸發(fā)式冷凝器
蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和顯熱交換為基礎(chǔ)，制冷劑放出的熱量 同時(shí)由冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時(shí)吸收氣化潛熱，使管內(nèi)制冷劑冷卻和冷凝。蒸發(fā)式冷凝器中，省去了冷卻水在冷凝器中的顯 熱傳遞階段，使冷凝溫度_接近空氣的濕球溫度，可比水冷式冷凝器系統(tǒng)低3～5℃，從而大大降低壓縮機(jī)的功耗，耗水量只有水冷式冷凝器系統(tǒng)的1/3左右 [2]。我國(guó)蒸發(fā)式冷凝器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相對(duì)滯后，以往多應(yīng)用于大型的氨制冷系統(tǒng)。近年來(lái)，由于電力資源緊張和水資源匱乏，蒸發(fā)式冷凝器作為一種節(jié)能節(jié)水型 換熱設(shè)備，其研究和應(yīng)用得到了廣泛重視，加快了蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品技術(shù)的成熟和進(jìn)一步應(yīng)用。目前，已有一些生產(chǎn)廠家在結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行了完善，使之應(yīng)用于 空調(diào)機(jī)組
對(duì)于那些需要進(jìn)行控制的冷凍空調(diào)系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，蒸發(fā)式冷凝器_容易滿(mǎn)足工藝控制要求。工程應(yīng)用表明，采用該產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的“水冷式冷凝器+涼水塔”方式，增加的初投資一般能在一年左右即可收回，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
2 冷凝器中常用的強(qiáng)化傳熱翅片管
傳 熱過(guò)程是熱量從一種流體通過(guò)固體壁面?zhèn)鹘o另一種流體的過(guò)程。工程實(shí)際中，強(qiáng)化換熱器的換熱性能主要從強(qiáng)化兩側(cè)介質(zhì)與換熱管內(nèi)、外壁之間的對(duì)流換熱過(guò)程入 手。常用的強(qiáng)化傳熱技術(shù)有:（1）表面涂層；（2）粗糙表面；（3）擴(kuò)展表面；（4）各種內(nèi)外螺紋管；（5）擾流元件；（6）添加物；（7）沖擊傳熱 [3]。在各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)中，在壁面上加裝翅片，作為增強(qiáng)傳熱的一個(gè)主要手段，在工程中得到廣泛應(yīng)用。翅片管式換熱器具有傳熱、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，已 被廣泛地應(yīng)用于制冷空調(diào)裝置、航空航天設(shè)備、太陽(yáng)能集熱器和電子設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域中。在冷凝器中的應(yīng)用尤為普遍。
翅片管的種類(lèi)很多，而且還在不斷涌現(xiàn)新的品種，在這方面的研究也較多[4～6]。大體上可按加工工藝、翅片形狀、材質(zhì)、用途等幾個(gè)方面對(duì)翅片管進(jìn)行分類(lèi)。在冷凝器中，常用的翅片管有以下幾種形式。
2.1螺紋類(lèi)翅片管
在冷凝器中，常用的螺紋類(lèi)翅片管有：內(nèi)螺紋管、整體型螺旋翅片管、螺旋（紋）槽管、橫紋管、肋片管等。
2.1.1內(nèi)螺紋管
內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)如圖1所示。
內(nèi) 螺紋管是一種常見(jiàn)的傳熱特性很好的換熱管。空調(diào)中采用的水冷式冷凝器一般為R22系統(tǒng)，普遍采用內(nèi)螺紋管，其傳熱系數(shù)可達(dá) 930～1 600 W/m·2K[7]，進(jìn)而可以降低冷凝溫度，單位制冷量冷水機(jī)組壓縮機(jī)能耗_越少。另外，水冷式冷凝器，特別是大型冷水機(jī)組冷凝器冷 卻水一般都直接取自江河水，懸浮在水中的泥沙顆粒和微生物等污垢物很容易在換熱管內(nèi)壁形成污垢，使換熱效果大大削弱。文獻(xiàn)[8]的研究表明：冷凝器選用內(nèi) 螺紋管時(shí)，冷卻水存在臨界流速υ臨界，當(dāng)流速υ<υ臨界時(shí)，不管機(jī)組運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間，相對(duì)于光管而言都可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行；如果冷卻水流速υ>υ 臨界，那么必然存在臨界時(shí)間t臨界，當(dāng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間t≤t臨界時(shí)，冷凝器選用內(nèi)螺紋管仍然具有經(jīng)濟(jì)性。故只要以臨界時(shí)間為參考點(diǎn)定期清洗冷凝器，_可維持 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。
2.1.2整體型螺旋翅片管
整體形螺旋翅片管是由專(zhuān)用設(shè)備———整體形螺旋翅片管加工 設(shè)備一次性加工成型，翅片呈螺旋形。整體型肋片管又可分為雙金屬肋片管和單金屬肋片管兩種。雙金屬肋片管由兩種不同材料的金屬管復(fù)合軋制而成，有銅鋁復(fù)合 管與鋼鋁復(fù)合管；單金屬肋片管由一根鋁管或銅管軋制而成，因不存在接觸熱阻的問(wèn)題，可大大提高肋片管的換熱性能。整體形螺旋翅片管的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
整體形螺旋翅片管作為熱交換設(shè)備中的重要換熱元件，在采暖、制冷系統(tǒng)的冷凝器中得到普遍應(yīng)用，另外還可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、烘烤、余熱回收等各種具有熱交換過(guò)程的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活領(lǐng)域。
2.1.3螺旋槽管
螺 旋槽管也即螺紋槽管，是在基管上加工出螺旋形凹槽而成，如圖3所示。其強(qiáng)化傳熱機(jī)理是產(chǎn)生的邊界層分離流使傳熱邊界被破壞。螺旋槽管有單頭和多頭之分，考 慮到傳熱效果和阻力因素的綜合影響，工程上一般采用單頭。實(shí)踐證明：螺旋槽管對(duì)液-液、液-氣、氣-氣間傳熱過(guò)程均有強(qiáng)化作用，與光管相比，總傳熱系數(shù)可 提高20%～40%，可用于各種形式的換熱器、余熱鍋爐等
2 冷凝器中常用的強(qiáng)化傳熱翅片管
傳 熱過(guò)程是熱量從一種流體通過(guò)固體壁面?zhèn)鹘o另一種流體的過(guò)程。工程實(shí)際中，強(qiáng)化換熱器的換熱性能主要從強(qiáng)化兩側(cè)介質(zhì)與換熱管內(nèi)、外壁之間的對(duì)流換熱過(guò)程入 手。常用的強(qiáng)化傳熱技術(shù)有:（1）表面涂層；（2）粗糙表面；（3）擴(kuò)展表面；（4）各種內(nèi)外螺紋管；（5）擾流元件；（6）添加物；（7）沖擊傳熱 [3]。在各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)中，在壁面上加裝翅片，作為增強(qiáng)傳熱的一個(gè)主要手段，在工程中得到廣泛應(yīng)用。翅片管式換熱器具有傳熱、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，已 被廣泛地應(yīng)用于制冷空調(diào)裝置、航空航天設(shè)備、太陽(yáng)能集熱器和電子設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域中。在冷凝器中的應(yīng)用尤為普遍。
翅片管的種類(lèi)很多，而且還在不斷涌現(xiàn)新的品種，在這方面的研究也較多[4～6]。大體上可按加工工藝、翅片形狀、材質(zhì)、用途等幾個(gè)方面對(duì)翅片管進(jìn)行分類(lèi)。在冷凝器中，常用的翅片管有以下幾種形式。
2.1螺紋類(lèi)翅片管
在冷凝器中，常用的螺紋類(lèi)翅片管有：內(nèi)螺紋管、整體型螺旋翅片管、螺旋（紋）槽管、橫紋管、肋片管等。
2.1.1內(nèi)螺紋管
內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)如圖1所示。
內(nèi) 螺紋管是一種常見(jiàn)的傳熱特性很好的換熱管。空調(diào)中采用的水冷式冷凝器一般為R22系統(tǒng)，普遍采用內(nèi)螺紋管，其傳熱系數(shù)可達(dá) 930～1 600 W/m·2K[7]，進(jìn)而可以降低冷凝溫度，單位制冷量冷水機(jī)組壓縮機(jī)能耗_越少。另外，水冷式冷凝器，特別是大型冷水機(jī)組冷凝器冷 卻水一般都直接取自江河水，懸浮在水中的泥沙顆粒和微生物等污垢物很容易在換熱管內(nèi)壁形成污垢，使換熱效果大大削弱。文獻(xiàn)[8]的研究表明：冷凝器選用內(nèi) 螺紋管時(shí)，冷卻水存在臨界流速υ臨界，當(dāng)流速υ<υ臨界時(shí)，不管機(jī)組運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間，相對(duì)于光管而言都可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行；如果冷卻水流速υ>υ 臨界，那么必然存在臨界時(shí)間t臨界，當(dāng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間t≤t臨界時(shí)，冷凝器選用內(nèi)螺紋管仍然具有經(jīng)濟(jì)性。故只要以臨界時(shí)間為參考點(diǎn)定期清洗冷凝器，_可維持 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。
2.1.2整體型螺旋翅片管
整體形螺旋翅片管是由專(zhuān)用設(shè)備———整體形螺旋翅片管加工 設(shè)備一次性加工成型，翅片呈螺旋形。整體型肋片管又可分為雙金屬肋片管和單金屬肋片管兩種。雙金屬肋片管由兩種不同材料的金屬管復(fù)合軋制而成，有銅鋁復(fù)合 管與鋼鋁復(fù)合管；單金屬肋片管由一根鋁管或銅管軋制而成，因不存在接觸熱阻的問(wèn)題，可大大提高肋片管的換熱性能。整體形螺旋翅片管的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
整體形螺旋翅片管作為熱交換設(shè)備中的重要換熱元件，在采暖、制冷系統(tǒng)的冷凝器中得到普遍應(yīng)用，另外還可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、烘烤、余熱回收等各種具有熱交換過(guò)程的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活領(lǐng)域。
2.1.3螺旋槽管
螺 旋槽管也即螺紋槽管，是在基管上加工出螺旋形凹槽而成，如圖3所示。其強(qiáng)化傳熱機(jī)理是產(chǎn)生的邊界層分離流使傳熱邊界被破壞。螺旋槽管有單頭和多頭之分，考 慮到傳熱效果和阻力因素的綜合影響，工程上一般采用單頭。實(shí)踐證明：螺旋槽管對(duì)液-液、液-氣、氣-氣間傳熱過(guò)程均有強(qiáng)化作用，與光管相比，總傳熱系數(shù)可 提高20%～40%，可用于各種形式的換熱器、余熱鍋爐等
有 人在氨立式冷凝器中，采用螺旋槽鋼管為強(qiáng)化傳熱元件，與光滑鋼管進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明螺旋槽鋼管的傳熱系數(shù)比光滑鋼管高12.9%～65.5%。某冷 凍廠的氨立式冷凝器應(yīng)用螺旋槽鋼管，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行測(cè)試，傳熱系數(shù)比用光滑鋼管高32.6%～57%[11]。水蒸汽在水平換熱管外凝結(jié)的條件下，螺旋 槽管是實(shí)現(xiàn)冷凝器小型化理想的管型之一，是一種雙側(cè)強(qiáng)化管。這種管型加工方便，抗結(jié)垢能力強(qiáng)，除垢方法簡(jiǎn)易，有的已用于船用冷凝器。文獻(xiàn)[10] 對(duì)螺紋槽管的研究結(jié)果表明：（1）在冷卻水質(zhì)量流量及水阻相等的條件下，螺紋槽管冷凝器的換熱面積可比光管減少30.6%～33.8%；（2）在清潔狀態(tài) 下，螺紋管槽傳熱系數(shù)是光管的1.25～1.41倍，運(yùn)行一年后（結(jié)垢狀態(tài)），其傳熱性能仍_過(guò)光管。
2.1.4橫紋槽管
橫 紋槽管是20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的一種傳熱元件。它用普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡(jiǎn)單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時(shí)在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)翅，具有 加工簡(jiǎn)單，制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。橫紋槽管是螺旋槽管螺旋角為90°時(shí)的形式。其強(qiáng)化傳熱機(jī)理為：徑向流動(dòng)破壞了邊界層底層的形成， 在_程度上強(qiáng)化了傳熱。另一方面，當(dāng)管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)翅時(shí)，管壁附近形成橫向漩渦，增大了邊界層的擾動(dòng)，有利于熱量通過(guò)邊界層向流體主體的傳遞。由于橫 向環(huán)翅的不斷出現(xiàn)，當(dāng)前一個(gè)渦流即將消失時(shí)，流體流經(jīng)下一個(gè)橫翅馬上產(chǎn)生新的橫向渦流，因而可保持連續(xù)且穩(wěn)定的強(qiáng)化作用[12]。橫紋槽管主要用來(lái)強(qiáng)化管 內(nèi)單相流體的傳熱，研究發(fā)現(xiàn)，在相同流速下，橫紋槽管流動(dòng)阻力要小于單頭螺旋槽管。
文獻(xiàn)[12]對(duì)橫紋管的污垢性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：橫紋管有較好的傳熱性能，在清潔狀態(tài)下，橫紋管的強(qiáng)化比約為1.2；在結(jié)垢狀態(tài)下，橫紋管的強(qiáng)化比約為1.4。故橫紋管比光管_適宜于結(jié)垢狀態(tài)下使用。
2.1.5肋片管
肋 片管分為低肋片管和高肋片管。低肋管也即通常所稱(chēng)的螺紋管，是制冷殼管式換熱器中普遍采用的換熱管，也是蒸發(fā)式冷凝器中普遍采用的強(qiáng)化傳熱方法之一，用于 油品冷卻效果也較好。高肋片管則主要用在空冷器上。采用肋片管，通過(guò)調(diào)節(jié)管內(nèi)、外某一側(cè)的膜傳熱系數(shù)，即翅片位于傳熱系數(shù)較小的一側(cè)，可使總傳熱系數(shù)值增 加幾倍[9,13,14]。
低肋片管和高肋片管均已標(biāo)準(zhǔn)化，可按標(biāo)準(zhǔn)直接向_廠家訂購(gòu)。
2.1.6變螺距內(nèi)螺紋管
采 用在已加工好的管壁內(nèi)部加工變螺距內(nèi)螺紋，不但可以擴(kuò)大管子的內(nèi)表面積，增加傳熱面積，并且由于管子不再是光管，內(nèi)部有螺紋所以?xún)?nèi)壁變得粗糙，可以破壞層 流邊界層，使管內(nèi)的制冷劑的流態(tài)變成紊流，從而提高管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)。同時(shí)，因?yàn)椴捎米兟菥啵刂黧w流動(dòng)方向螺距從大變小，這樣可進(jìn)一步增強(qiáng)流體的擾 動(dòng)，強(qiáng)化流體的換熱系數(shù)。
研究表明，將等間距內(nèi)螺紋翅片管換熱器的管內(nèi)螺紋改為變間距，由于管內(nèi)有規(guī)則、連續(xù)的凸肋和凹槽發(fā)生改 變，可使其內(nèi)表面積比等間距增大8.4%，傳熱系數(shù)增大3.82%，管內(nèi)換熱系數(shù)增加4.89%[15]。等間距內(nèi)螺紋管與變間距內(nèi)螺紋管的結(jié)構(gòu)示意圖如 圖5、圖6所示。
2.2套片管
套片式翅片管是將沖壓成型的翅片緊套在金屬管壁上制成的。翅片管材料通常采用鋼管鋼翅片，也可采用銅管鋁片，然后經(jīng)表面熱鍍鋅處理。翅片形狀為矩形，每片翅片可以套在一根管上或同時(shí)套在多根管上，根據(jù)情況還可在翅片上加工出不同形狀的口子，如圖7所示。
工程中常用的套片式翅片管有兩排或四排，采用的管束以正三角形叉排布置，如圖8所示。
文獻(xiàn)[16]將整體套片的肋效率與等截面、變截面直肋和環(huán)肋的肋效率相比，發(fā)現(xiàn)整體套片式肋的肋效率較其它形式肋大，單位體積的傳熱面也較大，金屬耗量大，但其加工簡(jiǎn)單、安裝方便。
由于套片管換熱器具有加工簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在空調(diào)工程中的得到廣泛的應(yīng)用。如空冷式冷凝器，_多采用套片管或螺旋繞片管。圖9所示為空調(diào)中使用的雙排冷凝器翅片形式。
2.3波紋管
波紋換熱管如圖10所示，其強(qiáng)化傳熱機(jī)理是：波紋形翅片引起的流動(dòng)方向改變導(dǎo)致邊界層分離，從而提高換熱效率。
波紋管是一種能傳熱表面，目前在強(qiáng)化換熱管領(lǐng)域占有重要地位，常用于各種強(qiáng)化傳熱的場(chǎng)合，如制冷系統(tǒng)中的中間冷卻器等。波紋管也常用于強(qiáng)化蒸發(fā)式冷凝器的傳熱[7]。
用 波紋管作為換熱管的
波紋管換熱器是實(shí)現(xiàn)雙面強(qiáng)化傳熱的換熱設(shè)備，它綜合了管殼式換熱器和板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，具有傳熱系數(shù)高（其換熱效率可比管殼式 換熱器和板式換熱器提高2倍以上）、適應(yīng)性強(qiáng)（耐溫差、壓差性能好，自補(bǔ)償性能好）、防垢除垢、_、單臺(tái)處理量大（熱負(fù)荷可達(dá) 150×106 kcal[h1]/h）、流動(dòng)阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、體積小、重量輕、節(jié)省鋼材等眾多優(yōu)點(diǎn)。特別地，波紋管的防垢自潔效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了 在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中均能維持較高的傳熱效果。因此，波紋管換熱器的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，已成為現(xiàn)有換熱器的_新?lián)Q代產(chǎn)品，得到廣泛的應(yīng)用，具有很好 的推廣應(yīng)用前景。
2.4螺旋扭曲管
目前，對(duì)強(qiáng)化傳熱管的研究已進(jìn)入第三代管型———三維傳熱管，螺旋扭曲管_是其中的新管型之一。三維的非連續(xù)翅片管比二維的連續(xù)翅片管具有_不規(guī)則的擴(kuò)展表面，流體流過(guò)時(shí)，邊界層反復(fù)不斷地受到破壞，從而使傳熱系數(shù)得到進(jìn)一步提高。
螺旋扭曲管的具體形式較多，其中，文獻(xiàn)[17]設(shè)計(jì)的一種螺旋扭曲管如圖11所示。該管可采用碳鋼管、不銹鋼管、Ti管、紫銅管和鎳合金管制造，用于水-氨吸收機(jī)時(shí)，可采用鋁管。該管可用于冷凝器中，也可用于其
他制冷換熱器、吸收式制冷機(jī)發(fā)生器和吸收器中，達(dá)到管內(nèi)外兩側(cè)強(qiáng)化傳熱的效果。
瑞 典ALLARDS公司、華南理工大學(xué)化機(jī)所和武漢化工學(xué)院化機(jī)系、天津大學(xué)等都對(duì)螺旋扭曲管換熱器及其傳熱和阻力性能有_的研究[17,18]。在蒸發(fā) 式冷凝器中，也常用扭曲管作為一種新型強(qiáng)化傳熱元件，其內(nèi)部的螺旋扭曲流道使管程流體產(chǎn)生以縱向旋轉(zhuǎn)和二次旋流為主要特點(diǎn)的強(qiáng)擾動(dòng)，使管內(nèi)流體在溫度梯度 較大的徑向產(chǎn)生混合，使壁面處的溫度梯度增大，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。
2.4螺旋扭曲管
目前，對(duì)強(qiáng)化傳熱管的研究已進(jìn)入第三代管型———三維傳熱管，螺旋扭曲管_是其中的新管型之一。三維的非連續(xù)翅片管比二維的連續(xù)翅片管具有_不規(guī)則的擴(kuò)展表面，流體流過(guò)時(shí)，邊界層反復(fù)不斷地受到破壞，從而使傳熱系數(shù)得到進(jìn)一步提高。
螺旋扭曲管的具體形式較多，其中，文獻(xiàn)[17]設(shè)計(jì)的一種螺旋扭曲管如圖11所示。該管可采用碳鋼管、不銹鋼管、Ti管、紫銅管和鎳合金管制造，用于水-氨吸收機(jī)時(shí)，可采用鋁管。該管可用于冷凝器中，也可用于其
他制冷換熱器、吸收式制冷機(jī)發(fā)生器和吸收器中，達(dá)到管內(nèi)外兩側(cè)強(qiáng)化傳熱的效果。
瑞 典ALLARDS公司、華南理工大學(xué)化機(jī)所和武漢化工學(xué)院化機(jī)系、天津大學(xué)等都對(duì)螺旋扭曲管換熱器及其傳熱和阻力性能有_的研究[17,18]。在蒸發(fā) 式冷凝器中，也常用扭曲管作為一種新型強(qiáng)化傳熱元件，其內(nèi)部的螺旋扭曲流道使管程流體產(chǎn)生以縱向旋轉(zhuǎn)和二次旋流為主要特點(diǎn)的強(qiáng)擾動(dòng)，使管內(nèi)流體在溫度梯度 較大的徑向產(chǎn)生混合，使壁面處的溫度梯度增大，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。
2.5螺旋繞片管
螺旋繞片管也是典型的三維傳熱管之一。它是利用金屬帶材的伸縮性，將薄金屬帶（鋼帶或不銹鋼帶 /銅帶）螺旋形地強(qiáng)制立繞在金屬基管上，使翅片與基管緊密接合在一起，然后對(duì)翅片管進(jìn)行鍍層處理，使接觸熱阻降低到較低限度，同時(shí)強(qiáng)化翅片管的傳熱性能和 抗腐蝕能力。螺旋繞片管的基本型式如圖12所示，其片距及片高可以根據(jù)使用要求而定。
螺旋繞片管換熱器具有傳熱性能好、承壓能力大、傳熱速度快、_、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，空冷式冷凝器中常采用螺旋繞片管來(lái)強(qiáng)化傳熱。
3 結(jié)束語(yǔ)
螺 紋類(lèi)翅片管、套片式翅片管、波紋管、螺旋扭曲管、螺旋繞片管等傳熱元件在冷凝器中得到了廣泛的應(yīng)用，傳熱效果得到了顯著提高。除此之外，新齒形傳熱管 還在不斷出現(xiàn)。與光管相比，它們具有下述共同特點(diǎn)：（1）不同形狀的翅片均可使傳熱壁面變得粗糙，從而破壞靜止的層流邊界層，提高對(duì)流換熱系數(shù)，使換熱得 到不同程度的強(qiáng)化；（2）在負(fù)荷_的條件下，冷凝器所需面積可大大減小；（3）根據(jù)大多數(shù)人的常識(shí)，粗糙的翅片管表面容易引起結(jié)垢；事實(shí)上，由于粗糙表 面引起的紊流破壞了靜止的附面層，會(huì)使污垢難于附著；即使有污垢附著，污垢也呈現(xiàn)離散的鱗片狀，設(shè)備運(yùn)行中溫度的變化使管子發(fā)生膨脹和收縮，會(huì)因污垢與管 壁材料間的脹差巨大而引起剝離，在介質(zhì)的沖擊下自行脫落。而光管垢層為圓柱體，無(wú)_自脫力。因此，翅片管的結(jié)垢情況并不比光管?chē)?yán)重多少。
近 年來(lái)，各種翅片管換熱器在制冷空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，解決了換熱器運(yùn)行中的許多問(wèn)題，也收到了很好的強(qiáng)化傳熱的效果。隨著制冷空調(diào)企業(yè)的科技進(jìn)步、 技術(shù)改造的深入，強(qiáng)化傳熱仍是蒸發(fā)器、冷凝器等換熱設(shè)備的主要發(fā)展方向，新型的翅片管強(qiáng)化傳熱技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的研究和應(yīng)用。
換熱設(shè)備按工藝功能和用途可以分為冷卻（凝）設(shè)備、其它換熱設(shè)備（包括蒸發(fā)器、加熱器、預(yù)熱器、再沸器等）。其中，冷卻 （凝）設(shè)備是將高溫的工藝介質(zhì)或制冷劑蒸汽的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)，使高溫的工藝介質(zhì)或制冷劑蒸汽降溫冷卻或凝結(jié)成液體的設(shè)備。冷卻（凝）設(shè)備按冷卻介質(zhì)以 及冷卻方式的不同可分為三類(lèi)，即水冷卻（凝）器（亦稱(chēng)水冷卻系統(tǒng)）、空冷器、蒸發(fā)式冷卻（凝）器（含復(fù)合型冷卻（凝）器），各冷卻（凝）器性能特點(diǎn)對(duì) 比見(jiàn)下表。另外，冷卻（凝）設(shè)備按換熱部件的傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)可以分為管式、板式及其它形式。 ① 水冷卻（凝）技術(shù)
各冷卻（凝）器的性能特點(diǎn)對(duì)比
水冷卻（凝）器
空冷器
蒸發(fā)式冷卻（凝）器
復(fù)合型冷卻（凝）器
定義
以水為冷卻介質(zhì)，利用水的溫升帶走熱量，對(duì)高溫流體進(jìn)行冷卻（凝）的設(shè)備，通常外配冷卻塔。
以空氣為冷卻介質(zhì)，利用空氣的溫升帶走熱量，對(duì)高溫流體進(jìn)行冷卻（凝）的設(shè)備。
以水和空氣為冷卻介質(zhì)，以空氣為載體，靠水的蒸發(fā)帶走熱量，對(duì)高溫流體進(jìn)行冷卻（凝）的設(shè)備，是一種冷卻（凝）設(shè)備。
以水和空氣為冷卻介質(zhì)，通過(guò)蒸發(fā)式換熱和空冷式換熱優(yōu)化組合而形成的對(duì)高溫流體進(jìn)行冷卻（凝）的節(jié)水節(jié)電冷卻（凝）設(shè)備。
換熱方式
顯熱換熱
顯熱換熱
潛熱換熱為主
顯熱+潛熱換熱
特點(diǎn)
耗水量大，水泵耗能大，水處理費(fèi)用高。
成本較高，降溫效果差。
對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)較高
對(duì)水質(zhì)要求較低
備注：顯熱換熱指依靠冷卻介質(zhì)的溫度的升降進(jìn)行換熱的方式，是無(wú)相變的換熱過(guò)程；潛熱換熱是冷卻介質(zhì)在同一溫度下，相變過(guò)程中吸收或釋放熱量的換熱方式。
水冷卻（凝）技術(shù)的產(chǎn)品為水冷卻（凝）器。水冷卻（凝）器適用于水資源豐富的地區(qū)，在現(xiàn)今很多工業(yè)領(lǐng)域中，仍然是使用較廣泛的一種冷卻（凝）方式。
②空冷技術(shù)
空 冷技術(shù)的產(chǎn)品為空冷器。空冷器比水冷卻（凝）器的突出優(yōu)勢(shì)在于：冷源充足、節(jié)省冷卻用水、減少環(huán)境污染。然而，由于之前對(duì)水資源節(jié)約意識(shí)不足，空冷器的推 廣發(fā)展緩慢。2000年以后，空冷器節(jié)水的優(yōu)勢(shì)逐漸被重視，并開(kāi)始快速發(fā)展。目前，火力發(fā)電和石化已經(jīng)成為空冷器較大的兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
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