螺纹管和翅片管传热性能分析及其应用_李春兰VIP免费

第26期第6期石油化工设备Vol.26No.61997年11月PETRO-CHEMICALEQUIPMENTNov.1997螺纹管和翅片管传热性能分析及其应用兰州长征机械厂(兰州730050)工程师李春兰兰州石油机械研究所工程师杨国恒摘要介绍了螺纹管和翅片管的结构特点和常用的性能参数,分析了其传热性能以及在管壳式换热器和空冷器中的应用前景。关键词换热器翅片管螺纹管传热性能分析应用中图法分类号TQ051.503在炼油及石化等工业领域,换热器的应用已十分广泛。目前,强化管内外流体传热,提高传热效率是其研究开发工作的重点。为了实现强化传热,在换热管的研制上投入比较大,迄今已出现了螺纹管(又称低翅片管)、翅片管(相对地可称为高翅片管)、螺旋槽纹管、横槽纹管、螺旋扁管、缩放管及锯齿形(或T形)翅片管等。本文仅就我厂换热器及空冷器产品中使用的螺纹管和翅片管的传热性能及其应用做一扼要介绍。1结构特点1.1螺纹管螺纹管是一种由钢管经环向滚压轧制而成的整体低翅片管,其结构和性能参数见图1a和表1。表中,d为换热管外径,mm;de、dr、di、及dof分别为螺纹管的当量直径、根径、内径及齿顶圆直径,mm;�为翅化比,即螺纹管外表面积与滚轧前光管外表面积之比值;Fo/Fi为螺纹管内外表面积之比值。由图1a可看出,管子两端无翅片,管子与管板的连接与光管相同。图1螺纹管的结构尺寸和翅片管的类型表1螺纹管的有关尺寸参数d/mm1925翅化比,�2.82.52.22.01.72.802.752.502.201.801.60de/mm17.517.823.5dr/mm17.016.816.616.616.423.022.622.322.322.022.0di/mm13.413.018.818.0面积比Fo/Fi3.63.33.12.72.33.63.53.33.02.52.2dof/mm18.8±0.224.8±0.21.2翅片管翅片与管子的连接有绕片、镶片及轧片等形式。管子材料可用碳钢、不锈钢及铝合金等。翅片则需选用延展性好、抗大气腐蚀及传热性能良好的铝或铜等材料。常用的翅片有L及LL型绕片式、镶嵌式及双金属轧制等形式,见图1b。国产翅片管的特性参数见表2。表2国产翅片管的特性参数类别管材基管直径d/mm翅片管外径D/mm翅片参数/mm翅片高h翅片厚�翅片间距C翅片管排列管心距A排列形式低翅片钢管255012.50.52.3,2.554,56,59高翅片钢管255716.00.52.8,3.26264高翅片铝管255716.00.53.667等边三角形翅片管形式翅片间距/mm翅化比低翅片高翅片LLKLMLG2.32.52.83.23.616.415.213.712.110.923.021.319.116.815.116.915.714.112.411.223.421.719.517.315.316.915.714.112.411.223.421.719.517.315.317.316.014.412.711.423.922.119.817.415.62传热计算2.1螺纹管螺纹管总传热系数K的计算式为:K=1/〔(1/ho)+ro+rf+(Fo/Fm)(�/�)+ri(Fo/Fi)+(1/hi)(Fo/Fi)〕(1)2.2翅片管翅片管总传热系数K的计算式为:K=1/〔(1/ho)+ro+rf+(Fo/Fm)(�/�)+ri(Fo/Fi)+(1/ho)(Fo/Fi)+rb(Fo/Fb)〕(2)式中,K为总传热系数,W/(m2�K);hi,ho分别为管内外膜传热系数,W/(m2�K);ri,ro为管内外侧之结垢热阻,(m2�K)/W;rf,rb分别为翅片热阻和翅片与管子连接处的间隙热阻,(m2�K)/W;Fi,Fo为管内外(带翅)之传热面积,m2;Fm为平均壁面积,m2;�为管子壁厚,m;�为所用管子材料的导热系数,W/(m�K);Fb为翅片与管子的接触面积,m2。由式(1),(2)可看出,hi及ho增大,K值随之增大,但此时首先要增大管内外流体的流速。流速增加,压力降增大,亦即动力消耗增加了。由表1和表2中翅化比分析可以得出,螺纹管的管外表面积较之光管增加1.5～3倍,翅片管较之光管增大10～24倍,因而强化了管外传热。由传热公式可知,K值总是接近于hi和ho中较小的一个,提高小者,K值就能增大。所以,当ho�hi时,翅片管才能体现其明显经济效益。经验表明,当传热管壁两侧的h值相差2～5倍时,采用螺纹管较合适。若h值相差10倍以上,则用翅片管较合理。翅片位于传热系数较小的一侧,使总K值增大了几倍。3传热性能分析螺纹管是由管子本身经整体轧制而成的,其螺纹状的低翅片与管子构成一体,无接触热阻,强度高,耐热震和机械振动,因而具有较好的力学、传热和热膨胀等性能。轧制后的管内径比光管缩小2mm左右,管内壁有轻微的螺纹痕迹,故有使管内传热系数增加和结垢减少的作用。但压降略有增加,同时管外的流通面积亦有所增加。试验表明,当管内的传热系数比管外的大2倍以上时,其总K值可提高20...