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翅片管在冷凝器上的应用

发表时间:2018-06-01 14:30

翅片管是为了提高换热效率,通常在换热管的表面通过加翅片,增大换热管的外表面积(或内表面积),从而达到提高换热效率的目的,这样一种换热管。冷凝器是空调系统的机件,能将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气,大部分的汽车置于水箱前方。


把气体或蒸气转变成液体的装置。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝;在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中,把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。


1、常见冷凝器类型与特点

冷凝器又称“液化器”,是使蒸气在其中放出热量而液化的换热器。根据冷却介质和冷却方式的不同,冷凝器可分为水冷式、空冷式、蒸发式三种类型。

1)水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作为冷却介质,靠水的温升带走冷凝热量。水冷式冷凝器具有传热效率高、结构紧凑的特点。目前,由于水资源短缺,水冷式冷凝器中使用的冷却水普遍循环使用,其主要缺点是需要设置专门的冷却水循环系统,初投资高,水处理费用大。常用的水冷式冷凝器有卧式壳管式、立式壳管式和套管式等型式。


在大中型空调制冷装置及工业制冷中一般均采用水冷式冷凝器,其中又以壳管式冷凝器最常用。在壳管式冷凝器中,制冷剂通常在管外冷凝,水在管内流动。目前使用的壳管式冷凝器有光管管束与滚压低翅片管(即螺旋管)两种。一般,氨用卧式壳管式冷凝器多采用光管管束,氟里昂冷凝器多采用滚压低翅片管。

2)空冷式冷凝器

空冷式冷凝器也称风冷式冷凝器,制冷剂在管内冷凝,制冷剂放出的热量被空气带走。这种冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。由于空气的对流传热系数很低(25~35 W/m·2K),空冷式冷凝器的传热效率不如水冷式,冷凝温度与冷凝压力均较高。


另外,在换热负荷一定的情况下,空冷式冷凝器所需传热面积比水冷式冷凝器大,故而设备体积和质量均庞大,占地大。但是可冷热两用,初投资低,系统维护管理相对简单。空冷式冷凝器在工程实际中的应用十分广泛,既可用于制冷系统,也广泛应用于空调系统。其最大的优点是不需冷却水,因此特别适用于缺水地区或者供水困难的场合,在小型制冷空调领域应用尤为广泛。


3)蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础,制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走。制冷剂在管内流动,冷却水在管外喷淋蒸发时吸收气化潜热,使管内制冷剂冷却和冷凝。蒸发式冷凝器中,省去了冷却水在冷凝器中的显热传递阶段,使冷凝温度更接近空气的湿球温度,可比水冷式冷凝器系统低3~5℃,从而大大降低压缩机的功耗,耗水量只有水冷式冷凝器系统的1/3左右。


我国蒸发式冷凝器的开发和应用相对滞后,以往多应用于大型的氨制冷系统。近年来,由于电力资源紧张和水资源匮乏,蒸发式冷凝器作为一种节能节水型换热设备,其研究和应用得到了广泛重视,促进了蒸发式冷凝器产品技术的成熟和进一步应用。目前,已有一些生产厂家在结构上对其进行了完善,使之应用于中央空调机组。


对于那些需要进行控制的冷冻空调系统和运行环境恶劣的场合,蒸发式冷凝器更容易满足工艺控制要求。工程应用表明,采用该产品替代传统的“水冷式冷凝器+凉水塔”方式,增加的初投资一般能在一年左右即可收回,经济效益明显。


2、冷凝器中常用的强化传热翅片管

传热过程是热量从一种流体通过固体壁面传给另一种流体的过程。工程实际中,强化换热器的换热性能主要从强化两侧介质与换热管内、外壁之间的对流换热过程入手。常用的强化传热技术有:

(1)表面涂层;

(2)粗糙表面;

(3)扩展表面;

(4)各种内外螺纹管;

(5)扰流元件;

(6)添加物;

(7)冲击传热。在各种强化传热技术中,在壁面上加装翅片,作为增强传热的一个主要手段,在工程中得到广泛应用。翅片管式换热器具有高效传热、结构紧凑等特点,已被广泛地应用于制冷空调装置、航空航天设备、太阳能集热器和电子设备等各个领域中。在冷凝器中的应用尤为普遍。


翅片管的种类很多,而且还在不断涌现新的品种,在这方面的研究也较多[4~6]。大体上可按加工工艺、翅片形状、材质、用途等几个方面对翅片管进行分类。在冷凝器中,常用的翅片管有以下几种形式。


1)内螺纹管

2)整体型螺旋翅片管

3)螺旋槽管


螺纹类翅片管、套片式翅片管、波纹管、螺旋扭曲管、螺旋绕片管等高效传热元件在冷凝器中得到了广泛的应用,传热效果得到了显著提高。除此之外,新齿形传热管还在不断出现。与光管相比,它们具有下述共同特点:

(1)不同形状的翅片均可使传热壁面变得粗糙,从而破坏静止的层流边界层,提高对流换热系数,使换热得到不同程度的强化;


(2)在负荷一定的条件下,冷凝器所需面积可大大减小;


(3)根据大多数人的常识,粗糙的翅片管表面容易引起结垢;事实上,由于粗糙表面引起的紊流破坏了静止的附面层,会使污垢难于附着;即使有污垢附着,污垢也呈现离散的鳞片状,设备运行中温度的变化使管子发生膨胀和收缩,会因污垢与管壁材料间的胀差巨大而引起剥离,在介质的冲击下自行脱落。而光管垢层为圆柱体,无任何自脱力。因此,翅片管的结垢情况并不比光管严重多少。


冷凝器的应用范围十分广阔,特别是在制冷空调系统中。冷凝器作为主要的传热设备之一,其性能的好坏直接影响到装置的总体工作性能。因此,冷凝器传热过程的强化得到了越来越广泛的重视。


为了提高冷凝设备的整体性能,通过管子形状或表面性质的改造来强化传热过程以提高冷凝器的效率,已成为国内外冷凝器发展的一种趋势。柏恩翅片管换热器所采用的紧凑型串片式管片系统,它是一种新型的高效传热元件。其独特的片型结构和加工工艺流程,使得空冷器产品具有更加紧凑的外形尺寸,更高的换热效率和更轻的重要。








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