鋁翅片管在冷凝器中的運用

　　鋁翅片管是為了提高換熱效率。換熱管表面通常增加翅片，以增加換熱管的外表面積(或內(nèi)表面積)，從而達到提高換熱效率的目的。冷凝器是空調(diào)系統(tǒng)的*部分，它可以將管道中的熱量快速傳遞給管道附近的空氣。大多數(shù)汽車都放在水箱前面。將氣體或蒸汽轉(zhuǎn)化為液體的裝置。發(fā)電廠使用許多冷凝器來冷凝汽輪機排出的蒸汽;冷凝器用于制冷設(shè)備中，冷凝氨和氟利昂等制冷蒸汽。冷凝器用于石油化工行業(yè)，冷凝碳氫化合物和其他化學(xué)蒸汽。在蒸餾過程中，將蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)的裝置稱為冷凝器。所有冷凝器都是通過帶走氣體或蒸汽的熱量來運行的。

　　1.常見冷凝器的類型和特點。

　　冷凝器，也稱為“液化器”，是*種熱交換器，蒸汽在其中散發(fā)熱量并液化。根據(jù)冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為水冷、風(fēng)冷和蒸發(fā)三種。

　　1)水冷冷凝器。

　　水冷冷凝器以水為冷卻介質(zhì)，冷凝熱被水的溫升帶走。水冷冷凝器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。目前，由于水資源短缺，水冷冷凝器中使用的冷卻水*般都是循環(huán)使用的。其主要缺點是需要設(shè)置*門的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，初投資高，水處理成本高。常用的水冷冷凝器有臥式管殼式、立式管殼式和套筒式。

　　水冷冷凝器*般用于大中型空調(diào)制冷裝置和工業(yè)制冷，其中常用的是管殼式冷凝器。在管殼式冷凝器中，制冷劑通常在管外冷凝，水在管內(nèi)流動。目前管殼式冷凝器有兩種:光滑管束和滾降翅片管(即螺旋管)。*般氨用臥式管殼式冷凝器多采用光滑管束，氟利昂冷凝器多采用滾降翅片管。

　　2)風(fēng)冷冷凝器。

　　空冷凝汽器又叫空冷凝汽器。制冷劑在管中冷凝，制冷劑釋放的熱量被空氣帶走。有自然對流空冷凝汽器和強制對流空冷凝汽器。由于空氣的對流換熱系數(shù)很低(25~35W/m2K)，空冷凝汽器的換熱效率不如水冷，冷凝溫度和壓力都較高。另外，在*定的傳熱負荷條件下，空冷凝汽器所需的傳熱面積大于水冷凝汽器，因此設(shè)備體積和質(zhì)量巨大，占地面積大。但冷熱兩用，初期投資低，系統(tǒng)維護管理相對簡單?？绽淠髟诠こ虒嵺`中應(yīng)用廣泛，既可用于制冷系統(tǒng)，也可用于空調(diào)系統(tǒng)。它的優(yōu)點是不需要冷卻水，所以特別適合缺水地區(qū)或供水困難的地方，尤其是小型制冷空調(diào)領(lǐng)域。

　　3)蒸發(fā)式冷凝器。

　　蒸發(fā)式冷凝器基于蒸發(fā)冷凝和顯熱交換，制冷劑釋放的熱量同時被冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內(nèi)流動，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時吸收汽化潛熱，從而冷卻冷凝管內(nèi)制冷劑。在蒸發(fā)式冷凝器中，省略了冷凝器中冷卻水的顯熱傳遞階段，使冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度，比水冷式冷凝器系統(tǒng)低3~5℃，從而大大降低了壓縮機的功耗，耗水量僅為水冷式冷凝器系統(tǒng)的1/3左右。蒸發(fā)式冷凝器在我國的發(fā)展和應(yīng)用相對滯后，過去主要用于大型氨制冷系統(tǒng)。近年來，由于電力資源和水資源的短缺，蒸發(fā)式冷凝器作為*種節(jié)能節(jié)水的換熱設(shè)備，其研究和應(yīng)用受到廣泛重視，促進了蒸發(fā)式冷凝器產(chǎn)品技術(shù)的成熟和進*步應(yīng)用。目前，*些制造商已經(jīng)對其結(jié)構(gòu)進行了改進，并將其應(yīng)用于中央空調(diào)機組。

　　對于那些需要控制的制冷空調(diào)系統(tǒng)和運行環(huán)境惡劣的系統(tǒng)，蒸發(fā)式冷凝器更容易滿足過程控制要求。工程應(yīng)用表明，該產(chǎn)品可替代傳統(tǒng)的“水冷冷凝器+冷卻塔”方式，增加的初期投資*般可在*年左右收回，經(jīng)濟效益明顯。

　　2.冷凝器中常用的強化傳熱翅片管。

　　熱傳遞是熱量通過固體壁從*種流體傳遞到另*種流體的過程。在工程實踐中，強化換熱器的傳熱性能主要從強化兩側(cè)介質(zhì)與換熱管內(nèi)外壁之間的對流傳熱過程入手。常用的傳熱強化技術(shù)包括:

　　(1)表面涂層;

　　(2)表面粗糙;

　　(3)擴面;

　　(4)各種內(nèi)外螺紋管;

　　(5)擾流元件;

　　(6)添加劑;

　　(7)沖擊傳熱。在各種強化傳熱技術(shù)中，在墻體上增加翅片作為強化傳熱的主要手段，在工程中得到廣泛應(yīng)用。翅片管換熱器因其效率高、結(jié)構(gòu)緊湊而被廣泛應(yīng)用于制冷空調(diào)設(shè)備、航空航天設(shè)備、太陽能集熱器、電子設(shè)備等領(lǐng)域。它廣泛用于冷凝器。

　　翅片管種類繁多，新品種不斷涌現(xiàn)，這方面的研究很多[4~6]。*般來說，翅片管可以根據(jù)加工工藝、翅片形狀、材料和應(yīng)用進行分類。在冷凝器中，常用的翅片管有以下幾種形式。

　　1)內(nèi)螺紋管。

　　內(nèi)螺紋管是*種常見的高效換熱管，具有良好的傳熱特性。空調(diào)用水冷冷凝器*般為R22系統(tǒng)，內(nèi)螺紋管應(yīng)用廣泛，傳熱系數(shù)可達930~1600W/m2K，從而降低冷凝溫度，降低冷水機組壓縮機單位制冷量能耗。另外，水冷冷凝器尤其是大型冷水機組的冷卻水*般直接取自河水，水中懸浮的泥沙顆粒、微生物等污垢容易在換熱管內(nèi)壁形成污垢，大大削弱了換熱效果。研究表明，當(dāng)冷凝器由內(nèi)螺紋管制成時，冷卻水具有臨界流量υ。當(dāng)流量υ<υ臨界時，無論機組運行多長時間，與裸管相比都能經(jīng)濟運行。如果冷卻水流量為υ>υ臨界，則必須有臨界時間t臨界。當(dāng)累計運行時間t≤t臨界時，冷凝器選用內(nèi)螺紋管仍然是經(jīng)濟的。因此，只要以臨界時間為參考點，定期清洗冷凝器，能保持機組的經(jīng)濟運行。

　　2)整體螺旋翅片管。

　　整體螺旋翅片管由*用設(shè)備——整體螺旋翅片管加工設(shè)備*次性成型，翅片呈螺旋狀。整體翅片管可分為雙金屬翅片管和單金屬翅片管。雙金屬翅片管由銅鋁復(fù)合管和鋼鋁復(fù)合管兩種不同材料的金屬管制成，單根金屬翅片管由鋁管或銅管軋制而成。由于沒有接觸熱阻問題，翅片管的傳熱性能可以大大提高。整體螺旋翅片管的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　整體螺旋翅片管作為換熱設(shè)備中的重要換熱元件，廣泛應(yīng)用于供熱制冷系統(tǒng)的冷凝器中，也可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、烘焙、余熱回收等各種有換熱過程的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。

　　3)螺旋槽管。

　　螺旋槽管，即螺紋槽管，通過在基管上加工螺旋槽而形成，如圖3所示。強化傳熱的機理是邊界層分離流動導(dǎo)致傳熱邊界的破壞。螺旋槽管可分為單頭和多頭?？紤]到傳熱效果和阻力因素的綜合影響，工程上*般采用單頭。實踐證明，螺旋槽管可以強化液-液、液-氣和氣-氣之間的傳熱過程。與光管相比，總傳熱系數(shù)可提高20%~40%，可用于各種換熱器和廢熱鍋爐。

　　螺紋翅片管、嵌套翅片管、波紋管、螺旋扭曲管、螺旋纏繞管等高效傳熱元件在冷凝器中得到了廣泛應(yīng)用，傳熱效果得到了顯著改善。此外，新的齒形傳熱管不斷出現(xiàn)。與光管相比，它們有以下共同特點:

　　(1)不同形狀的翅片會使傳熱壁變得粗糙，從而破壞靜態(tài)層流邊界層，提高對流傳熱系數(shù)，不同程度地增強傳熱;

　　(2)在*定的負荷條件下，冷凝器所需的面積可以大大減少;

　　(3)根據(jù)大多數(shù)人的常識，粗糙的翅片管表面容易造成結(jié)垢;事實上，粗糙表面造成的湍流破壞了靜態(tài)邊界層，使污垢難以附著;即使有污垢附著，污垢也是以離散鱗片的形式存在的。設(shè)備運行時，溫度變化使管道膨脹收縮，由于污垢與管壁材料膨脹差異巨大，會造成脫皮，在介質(zhì)的沖擊下自行消失。