翅片管换热器原理

翅片管，又叫鳍片管或肋片管，英文名字叫“Fin Tube” 或”Finned Tube”, 也有时叫做“Extended Surface Tube”,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。那么为什么要使用翅片管换热器，相对于其他种类的换热器翅片管又有什么又是呢

因为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：

1.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；

2.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；

3.还和流体的流速和固体表面的形状有关。等等。

4.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：

      水蒸汽的凝结： h = 10000 ---20000  W/(㎡* ℃)

      水的沸腾    ： h = 7000---10000  W/(㎡* ℃)

      水的对流    ： h = 3000---5000   W/(㎡* ℃) 

      空气或烟气的强制对流：   h = 30---50 W/(㎡* ℃)

      空气或烟气的自然对流：   h = 3—5 W/(㎡* ℃)

      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侧的两个对流换热过程紧紧地联系在一起的。

对于上述实例： 管内水侧对流换热系数约为5000，而管外空气侧的对流换热系数约为50， 二者相差100倍。由于空气侧的换热“能力”远远低于水侧，限制了水侧换热“能力”的发挥，使得空气侧成为传热过程的“瓶颈”，限制了传热量的增加。为了克服空气侧的“瓶颈”效应，在空气侧外表面加装翅片将是一个最明智的选择。加装了翅片以后，使空气侧原有的传热面积得到了极大的扩展，禰补了空气侧换热系数低的缺点，使传热量大大提高，如下面的附图所示。

a:加翅片之前传热面的瓶颈效应，b:加翅片之后瓶颈消除，热流量打打增加

关于加装翅片的作用还可以用下面更形象的例子来说明：在一个边境口岸的出入境处，假定甲方口岸有十个检验口，每小时能放行5000人，而乙方口岸只有一个检票口，且办的很慢，每小时只能放行50人。这样，乙方侧就成了旅客通关的瓶颈，使得甲方的“能力” 不能发挥。为了提高通关流量，最有效的办法就是在乙方侧多开几个检验口。这与加装翅片的原理是一样的。