翅化比,翅片效率和翅片參數選擇
上一節講了翅片管的傳熱原理和選用原則,本節講述翅片管的兩個重要概念:翅化比和翅片效率,并指出在選擇翅片參數時應考慮的問題。
不過,首先須對翅片管和翅片本身結構參數的標注方法提出如下的建議:
(1)翅片管和翅片結構的標注方法
首先,用CPG 代表翅片管(CHIPIAN GUAN) 的縮寫,翅片管的結構特性,材質,及加工方法可用下面的系列數字或符號表示:
CPG ( φDb×δ/ Df / P / T –X /Y –A ) 其中 :CPG :翅片管; φDb×δ :基管外徑和厚度; Df : 翅片外徑,mm ; P : 翅片節距,mm ;
T : 翅片厚度, mm ; X:基管材質; Y : 翅片材質; 其中:Fe : 鐵; Al : 鋁; Cu : 銅
A : 加工方法:I :高頻焊(不標出即默認);其它待定。見下圖之標示。
例如:CPG ( φ32×3.5 /64 / 8 / 1 –Fe / Fe ) 說明該翅片管的基管外徑為32mm,壁厚為3.5mm,翅片外徑為64mm,(即翅片高度為16mm),翅片節距為8mm,翅片厚度為1mm,基管和翅片皆為碳鋼,為高頻焊管。此外,有時需要單獨對翅片本身的結構參數進行標注,標注方法如下所示:
CP( Db / Df / P / T –Y ) 各符號所代表的意義與翅片管的表示方法相同。舉例如下:
例如:CP (32 /62 / 8 / 1 –Fe) 說明 該翅片的基管外徑為32mm,翅片外徑為62mm(翅片高度為15mm),翅片節距為8mm,翅片厚度為1mm,材質為碳鋼。
(2)翅化比
翅化比是指光管表面(基管表面)在加裝翅片以后表面積擴大的倍數,可用“β”來表示,即
β = (原光管外表面積)/ (翅片管總的外表面積)
計算舉例:
有一翅片管,CPG (φ25×2.5 /50 / 4 / 1 –Fe/Fe), 試計算其翅化比
1 米管長的翅片數目n= 1000 / 4 =250
1米管長的翅片面積
Af = 250 × [π/4 {(Df2-Db 2) ×2+π×Df×Y} =0.775 m2
1 米管長上的裸管面積,即翅片之間的光管面積
Ao = π×Db×1×(P-T)/P = 3.1416 ×0.025 ×1× 3/4=0.0589 m2
1米管長上的光管面積
Ab =3.1416×0.025=0.0785 m2
翅化比
β = (Af+AO)/Ab= (0.775 +0.0589)/ 0.0785 = 10.62
即加翅片后的傳熱面積為原光管面積的10.62 倍。
(3) 翅片效率
當翅片被“根植”在光管表面上以后,在由管內向管外傳熱的情況下,熱量將從翅片根部沿翅片高度向外傳遞,同時不斷地以對流換熱的方式傳給周圍的流體,其結果就使得翅片溫度沿高度方向逐漸下降。如下圖所示。
翅片溫度沿高度方向逐漸下降,說明翅片溫度與周圍流體溫度的差值在逐漸縮小,單位面積的換熱量在逐漸縮小。這樣,翅片表面積對增強換熱的有效性在下降。翅片越高,其增加的面積對換熱的“貢獻”就越小。因此,有必要引入一個新的概念----翅片效率。
翅片效率 η= (翅片表面的實際散熱量)/ (假定翅片表面溫度等于翅根溫度時的散熱量)
因為翅片效率小于1,說明增加1倍的翅片散熱面積,并不能增加1倍的散熱量,要打一個“折扣”,這個“折扣”就是翅片效率。
熱管生產中,加翅片后的換熱面積換算復雜煩瑣,浪費很多時間精力,我們提供一個小軟件,使工程技術人員在換算時,節省時間,軟件只需要輸入已知數據,就可以換算出換熱面積及繞片重量如下圖所示: