翅片管和热管系列讲座 主讲人:哈尔滨工业大学能源学院 刘纪福教授 第一讲:翅片管的传热原理和选用原则 翅片管,又叫鳍片管或肋片管,英文名字叫“Fin Tu be” 或”Finned Tu be”, 也有时叫做“Ex tended Su rface Tu be”,即扩展表面管。顾名思义,翅片管就是在原有的管子表面上(不论外表面还是内表面)加工上了很多翅片,使原有的表面得到扩展,而形成一种独特的传热元件。下面展示的是两张翅片管的照片。 为什么要采用翅片管?在原有表面上加工上翅片能起到什么作用?要回答这一问题,还需要从传热过程的某些基本原理说起。 首先,要介绍一个传热学上的定义:固体表面与和它接触的流体之间的换热称为对流换热。我们最熟悉的对流换热就是暖气片外表面和空气之间的换热。生活经验告诉我们:暖气片面积越大,表面温度越高(即表面温度和空气间的温差越大),供热时间越长,则换热量越大,房间越暖和。这说明对流换热量和换热面积成正比,和温度差成正比,和时间成正比。为了比较不同情况下对流换热的强弱,我们需定义一个物理量:叫做“换热系数”。 换热系数是指单位面积,单位温差(壁面和流体之间的温差),单位时间的对流换热量。其单位是 J / (s.㎡.℃) 或 W/(㎡.℃). 对流换热系数常用符号 h 表示。 换热系数的大小主要取决于下面几个因素: l 流体的种类和物理性质:例如水和空气是截然不同的,其换热系数相差甚大; l 流体在换热过程中是否发生相变,即是否发生沸腾或凝结。若有相变发生,则其换热系数将大大提高; l 还和流体的流速和固体表面的形状有关。等等。 对流换热系数的大小主要是通过实验研究来确定,下面给出一组常用情况下的 数值范围: l 水蒸汽的凝结: h = 10000 ---20000 W/(㎡* ℃) l 水的沸腾 : h = 7000---10000 ,,,,, l 水的对流 : h = 3000---5000 ,,,,, l 空气或烟气的强制对流: h = 30---50 ,,,,, l 空气或烟气的自然对流: h = 3—5 ,,,,, 由此可见,不同情况下其换热系数的差别是非常巨大的。请记住上述换热系数的数值范围,这对以后翅片管的理解和选用是大有用处的。 下面将讨论一个具体的传热设备的实例: 有一台用热水加热空气的换热器,热水在管内流动,空气在管外流动。例如采暖用的热风幕或汽车上的散热器(radiator)都属于这一种传热类型, 即热水的热量经过管壁传給管外的冷流体—空气。由此可见,传热过程是与间壁两...