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为了降低成本,并减少制冷剂充注量,小管径翅片管换热器(管径小于或等于5 mm)正在逐渐取代7mm或更大管径的换热器。当管径从7 mm减至5 mm,管路的截面积将减少49%,制冷剂充注量也相应减少。
然而,在空气侧,小管径换热器的翅片尺寸要小于大管径换热器的翅片,即减小了换热面积。另外,与管径密切相关的翅片间距也会减小,使得空气压降增加。在制冷剂侧,采用小管径管路会增加制冷剂压降,并减少管路换热面积。
因此,本文并提出小管径翅片管蒸发器的优化设计方法,包括翅片结构的设计以及制冷剂流路的设计,并对采用5 mm 管径蒸发器的空调器进行了实验测试。
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管式炉对流室炉管内介质的传热系数一般都远大于管外烟气的传热系数。钉头管和翅片管就是用来强化管外对流传热的。为了避免过多积灰而影响传热效果,除必烧油和油气混烧时应设置吹灰器外,还应按照表-1的使用范围正确选用钉头管或翅片管。必须说明的是对流室烟气入口处的2-3排炉管,既接受辐射室的辐射传热,又吸收高温烟气的对流传热,炉管表面热强度很高,有时甚至超过辐射管的热强度。这两三排炉管通称为遮蔽管,只能采用光管,而不得采用钉头管和翅片管。
表1 钉头管和翅片管使用范围
钉头和翅片的材质应根据计算的钉头和翅片温度按表-2选用。另外还应考虑钉头和翅片材质的热膨胀系数应与炉管相同或相近,以避免多次开停工后钉头或翅片从管壁剥离。
表2 钉头和翅片材料高使用温度
钉头与炉管的焊接一般采用埋弧火花焊或电阻焊。翅片与炉管的焊接一般采用高频焊或钎焊。当炉管材质是铬钼钢或钉头、翅片是铬钼钢和铬钢时,应采用焊前预热和焊后保温缓冷的措施,以避免焊根开裂。由于钉头焊接时的热应力较大,当管内被加热的是高腐蚀性介质时,钉头管焊接完毕后应进行消除应力退火处理。
钉头管和翅片管制造完毕后应进行强度水压试验,由于钉头和翅片与炉管焊接时可能损伤炉管外壁,因此计算钉头管和翅片管的水压试验压力时,管壁厚度应减去一个减薄的厚度δ:埋弧火花焊钉头管δ=3mm;高频焊翅片管δ=1.5mm。
提高换热器换热性能的途径传热方程是Q = KAΔt,很多研究者研究的主题方向是提高传热系数K。对强制循环空气冷却器,采取有效措施降低空气侧的传热热阻或在制冷剂侧采用选择供液方式,控制供液量,或采用传热管可明显提高传热系数。另外提高流体的流速可以增大传热系数,但流动阻力也相应增大,因此通过增大流体的流速以增强传热系数K 有一定的限度。此外增强传热可通过增加传热面积实现,但增加传热面积不应靠加大整体设备的尺寸来实现,而应从设备的自身结构来考虑。
增加传热面积总体上分为两种途径:管外表面的扩大和管内表面积的扩大。
目前管外表面积的增加主要是在管外加翅片或扩展表面即肋化表面,它是通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻,从而达到强化传热的目的。
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可通过下列途径来增大设备单位体积的有效传热面积:
①传递面采用扩展面,如在对流传热系数较小一侧的热传递表面上附加翅片、筋片、销钉等;
②增大原有热传递表面,如将表面处理成憎水性覆盖层、多孔性覆盖层、双波纹状管等
③在换热器中管子的强化方面主要是异型管的开发,从而达到增加传热面积的目的。异型管的种类包括螺旋槽纹管、横纹槽管、缩放管、波节管、旋流管、粗糙表面管、螺旋扁管。
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