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tube管(tube管道)

发布时间: 2023-01-31 02:32:04

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第三讲: 翅片管束

前两节讲述了翅片管的传热原理和结构特点,主要针对单支翅片管而言。本节要讲述的是翅片管束,是更接近翅片管应用的一个课题。本节将引用较多的翅片管换热器的照片,其目的在于增加对翅片管换热器的感性认识,为以后讲述翅片管换热器的设计做必要的准备。

翅片管束的定义

由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅片管束(Finned Tube Bundle),一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。

翅片管束的组成

(1)翅片管多支,是传热的基本元件;

(2)管箱(集箱)或管板:连接翅片管两端的箱体,弯管或钢板。当翅片管与箱体或管板连接以后,翅片管之间的间距也就固定了,同时,管箱使管内的流体形成了连续的流道。

(3)构架:使整个翅片管束得以支撑和固定。

下面,是翅片管束的照片。

管箱翅片管束

管板翅片管束

第一张照片显示,管箱或弯管将各翅片管连接起来;而第二张照片则没有管箱,为什么?原来这是一个热管管束,热管是不需要管箱的。

上图所示的第一个管束有两个管箱,很显然,一个是进口管箱,一个是出口管箱,中间用弯管相连。

下图所示的翅片管束是一组热管式空予器的翅片管束,共有七排管组成,端部没有管箱,用管板将各热管(翅片管)定位。

翅片管的排列方式

在一个管束中,翅片管排列方式的选取是至关重要的。有两种排列方式:顺排和叉排。如下图所示:

所谓叉排,是指在气流方向管子交叉排列,而顺排是指在气流方向管子顺序排列。

下图是不同翅片结构的翅片管,如矩形翅片或整体的板状翅片(又称板翅),同样有叉排和顺排之分。

图中的箭头代表管外流体的流动方向,S1 代表横向管间距,S2 代表纵向管间距。

顺排和叉排的优缺点:

顺排:流体管外绕流时,受到的扰动较小,换热系数较低,但优点是阻力小;

叉排:流体管外绕流时,受到的扰动较大,换热系数较高,但缺点是阻力大。

当对阻力降没有严格限制时,应首选叉排排列;当要求的阻力降很小时,应选取顺排方案。

管间距S1 和 S2 的大小对换热和阻力也有很大的影响。通常用相对值S1/Db 和S2/Db 来表示,这儿,Db 为翅片管基管的直径。有时也可以用与翅片外径Df的比值来表示。

对于叉排管束,经常采用等边三角形排列,又时也采用等腰三角形排列,下图所示的是在空冷器上所应用的几种等边三角形排列的尺寸规格。

管箱的结构形式

如果说管束的排列形式(顺排或叉排,及管间距的选取)主要是考虑管外流体的换热要求而确定的话,那么管箱的形式和结构则主要是考虑管内流体的压力和换热要求。一般应遵循下列原则:

(1) 若管内流体的压力较高,一般选用大直径的圆管作为管箱,见下图(a)。例如,在锅炉应用上,几乎都选用圆管作为管箱。

图(a)

(2) 在空冷器应用上,喜欢采用方形箱体,见图(b)。方形箱体的优点是可以同时连接多排翅片管。当管内是蒸汽的凝结时,需要有大的蒸汽空间,一个管箱与多排管子相连是必要的,见图(c)。

图(b)

图(c)

(3) 当管内流体的进出口温度相差很大时,管箱会因为管排的热膨胀不同而变形,这时,宜采用分解式管箱,如图(d)所示。

图(d)

(4) 除了管束的第一排和最后排,必须采用相应的管箱连接之外,其它各排最好用弯管一对一连接。其优点在于:

A 、能提高换热效率。理论证明,一对一连接能避免各排管流体的掺混,而流体的掺混使传热温差和传热效率降低;

B,能减少流体的流动阻力。因为一对一连接保证了流动截面积不变,避免了流体不断地膨胀和收缩;

C,弯管能“吸收”热膨胀而产生的变形。

下面介绍几张翅片管束的产品照片,并分别加以评说。

上图是一个很典型的翅片管束,第一排和末排采用大直径的圆管管箱,而中间各排采用一对一的弯管连接。

上图这台设备共有七排翅片管,每排十根管,分两个管程,共14个管程。每一管程有一引出管,通过弯管与其他管程连接。之所以选取这么多管程,是因为管内流体的流量太小所至。

上图这一组很漂亮的翅片管束都是由四排管组成。除了圆管状的进出口管箱之外,其它都是一对一的弯管连接。是合理而标准的管束结构。

上图这两组翅片管束都是采用的方形管箱,看来管内流体的压力不太高。流体一面进一面出,可能用于采暖吧。

很显然,下图这台设备的每一排翅片管都用方形管箱将其分为两个管程,再用粗的弯管将各管程连接起来。

上图是一组空气冷却器的翅片管束。可以看到,其中有方形管箱,圆管管箱,有一对一的弯管连接,也有的是全部用管箱进行连接。

总结:本次讲座主要内容是翅片管的排列方式和各种管箱的结构及优缺点,希望能对翅片管换热器的设计和应用者有所帮助。

最后,请欣赏一张翅片管束的照片,并回答下列问题:

1.铜管和铝翅片是怎样加工在一起的?

2.在整体的铝翅片上开了很多长方形的孔,起什么作用?

3.在铜管内表面还有很细的槽道,起什么作用?

4.请设想这种管束可用在什么地方?

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