翅片管换热、阻力计算基础

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1、翅片管换热>阻力计算基础翅片管/热管系列讲座第四讲:翅片管束的换热和阻力主讲人:哈尔滨工业大学刘纪福教授在第一讲和第二讲中，曾多次提到翅片管的管外换热系数(h)的概念，并提到由于空气侧或烟气侧的换热系数很低，需要采用翅片管的道理。木节将要讲解换热系数的计算方法。此外，当流体流过翅片管束吋，须克服一定的流动阻力，因而会产生压力降AP,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，本节将同时介绍压力降的计算方法。1.流体绕流翅片管束时的管外换热系数首先，重温一下换热系数的定义:换热系数是指当流体流过固体壁

2、面时，单位吋间，单位面积，单位温差吋的换热量。应注意，这儿说的单位温差是指固体壁面和流体Z间的温差。本讲座屮，换热系数用h來表示，其单位是:W/(m2.°C).在上节中曾提到，翅片管的排列有顺排和叉排之分，如下图所示。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來的，实验屮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岀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

3、关联式进行计算。这儿，推荐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：当(df/db)=l.7-2.4,db=12-41min时,h二0.1378(X/db)(dbGmax/u)0.718(Pr)0.333(Y/H)0.296式中，df,db:翅片外径和基管直径;Y,H:翅片间隙和高度;X,ix和Pr分别为流体的导热系数，黏度系数和普朗特数。根据流体温度查流体物性表得到;式中的Gma

4、x是流体在最窄截而处的质量流速，单位是Kg/(m2.s)・所谓最窄截而是指相邻两翅片管之间夹缝中的截而。由上式可知，影响换热系数h最大的因素是流速，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。1.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：Re=(dbGmax/u)=2000-50000Pt/db=l.8-4.6,此处，Pt即插图中的S1,为横向管间距；df/db=1.7-2.4db=12-41mm阻力

5、即压力降的表达式为：AP=fX(NG2max)/2P单位是Pa上式中，N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：f二37.86(dbGmax/u)-0.316(Pt/db)-0.927由上两式可见，影响翅片管束压力降AP的主要因素是:第一是流速，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，可以选用较大的管间距和降低流体的流速。3计算举例有一翅片管束，等边三角形叉排排列，其迎风面积为2mX2m,流过管束的空气

6、流量为32000kg/h,该翅片管束的几何结构为：CPG(

7、的空气质量流速:Gf二32000/3600/(2X2)=2.22kg/m2s最窄截面积/迎风面积(PtXI000)-(2Xdb/2)X1000-(1000/6)XTXHX2—————PtX1000=(92X1000-38X1000-166.6X1X16X2)/(92X1000)=0.529最窄截面上的质量流速：Gmax=Gf/0.529=2.22/0.529=4.2kg/m2.s3-3计算换热系数h=0.1378(0.029/0.038)(0.038X4.2/(20.1X10-6))0.718X0.6960.333X(5/16

8、)0.296=34.3W/(m2°C)经计算并参阅第二讲，该翅片管的翅化比为8.72,翅片效率为0.7&这样,以基管外表面为基准的换热系数为：h=34.3X8.72X0.78=233W/(m2.°C)3-4计算压力降首先计算摩擦系数,f=37.86[(0.038X4.2)/(