双金属轧片式翅片管传热性能试验研究

1、双金属轧片式翅片管传热性能试验研究钱红卫 张琳（1江苏工业学院机械工程系常州213016；2江苏常州森源开关有限公司 常州 213016）0 引言双金属铝轧片式翅片管是一种高效的传热元件。基管一般根据管内介质的不同，选用不锈钢、碳钢、耐蚀钢、镍钢、钛管等：外套铝管经过轧制，形成紧套在基管上的铝翅片管。一般结构的翅片管（如穿片、绕片等管束）由于2种金属电极电位不同，在翅片表面有水的情况下，会产生化学腐蚀而导致间隙热阻增加，影响传热性能。而轧片式翅片管将基管完全包复，因此特别适用于空气温度降低后淋出冷凝水的场合。另外，由于轧片式翅片管与基管间的接触应力不会消失，长期工作接触热阻不增加，传热性能不下

2、降，所以又具有使用寿命长的特点。双金属铝轧片式翅片管目前主要应用在空冷器、加热器上，特别是用在一些与电厂设备配套的大型空冷器上。翅片管单管传热性能试验是检验翅片管传热品质的重要环节。特别是对于双金属轧片式翅片管，单管传热性能试验是质量检验的一个必不可少的环节。影响双金属轧制式翅片管传热性能的一个重要因素是双金属之间的接触热阻，品质系数是衡量总的传热热阻中非接触热阻部分所占比重的一个重要指标，也是衡量双金属轧制式翅片管传热性能优劣的一个重要指标。所以，品质系数试验是单管传热性能试验的一个重要组成部分。有关的行业标准规定，合格的双金属轧制翅片管所应达到的品质系数必须880。传热系数试验是单管试验的

3、另一个重要内容。一般是在管内换热条件固定的情况下，通过调节管外的风速，来测量在不同风速下翅片管的传热系数，进而得到传热系数与风速之间的关系曲线，由此对翅片管的传热性能进行评价。本文建立了双金属轧片式翅片管全白动数据采集单管风洞传热性能实验台目的是对某厂新制的双金属钢一铝和单金属铝一铝轧片式翅片管的传热性能和品质系数进行试验研究，以便对产品进行合格评价，用以指导生产。1 实验装置与实验元件风洞试验台装置如图l所示。管内放热介质为过饱和蒸汽，管外吸热介质为空气，横掠翅片管流动。空气的进出口温度由铠装热电偶测量，空气的流速由叶轮式数字风速仪测量；蒸汽的温度由铠装热电偶测量，蒸汽的压力由标准压力表测量

4、；冷凝液的温度由铠装热电偶测量。所有温度试验数据均由微机进行采集1-减压阀2-分离加热装置3-试件4-保温盒5-风洞6-蝶阀7-冷凝液计量装置8-电机9-风机图1 风洞传热性能试验台被测产品的技术数据如表l所示。5根管均为新管，除标准管是由铝一铝制成的单金属轧片管外，其他管均为钢一铝制成的双金属轧片管。表1 被测产品的技术数据管号传热面积/m2有效通风截面积m2翅厚/mm翅片间距/mm翅化比基管直径/mm根径 /mm翅片外径/mm11.42700.009308240.4 3.018.3125×2.526.45821.43790.009367240.4 3.018.3125×

5、2.526.45831.11260.00763740.352.314.1725×2.526.45141.11260.00763740.352.314.1725×2.526.451 5标1.1100.00608730.352.214.1326.4432计算方法2.1热平衡及传热系数的计算为了保证试验数据的可靠性，对每个工况的试验数据都要进行热平衡系数的校核。热平衡系数的计算方法如下：热流体的放热量Q1和冷流体的吸热量Q2可分别表示为：Q1=G1CP1(t1h-t2h)+G1hfg （1）Q2= G2CP2(t1c-t2c) （2）式中：Q1蒸汽的放热量/kW；Q2空气的吸热量

6、/kW；G1、G2分别为热冷流体质量流量/kg/s；CP1、Cp2分别为热冷流体定压比热/kj/kg·；T1h、T2h分别为热流体的进出口温度/'C；T1c、T2c-分别为冷流体的进出口温度/：热平衡系数n由下式计算： （3）如果|5%，认为试验数据可靠，如果|5%，则认为试验数据不可靠，需重新进行测试。试验传热系数K的计算式为： （4）式中：K传热系数数/W/m2·；A传热面积（取管外的总传热表面积）/m2;tm对数平均温差/。试验时，将管内蒸汽压力控制在0.05MPa，对应当地的饱和蒸汽压下的温度为108，并保持05之间变化的过热度，调节风洞空气出口侧的蝶阀，使

7、其从314kg/s变化，并当冷热流体的热平衡误差不大于5%时，进行数据采集，记录一系列工况点数据。2.2品质系数的计算对于双金属轧制翅片管而言，由于两金属接触面之间存在接触热阻Rf，故其传热热阻的计算式为（传热系数以基管外表面积为准，忽略外管的导热热阻和内外侧的污垢热阻）： （5）为了得到品质系数，双金属轧制翅片管需与标准管（由双金属管抽去基管而成、在相同的工况条件下作对比试验。对于标准管，由于不存在接触热阻和基管导热热阻，故其传热热阻的计算式为： （6）式(5)和(6)中：K、K'分别为双金属翅片管、标准管的传热系数W(Hi2c)；o、o'分别为双金属翅片管、标准管的管外气侧

8、对流换热系数 W/(m2)；i、i' -分别为双金属翅片管、标准管的管内蒸汽侧凝结换热系数/ W/(m2)；Do双金属管基管外径/mm；Di、Di'分别为双金属翅片管、标准管的内径，mm;双金属翅片管基管的管壁厚度/mm：w双金属翅片管基管的管壁导热系数/W/(m2)；Dm双金属翅片管的对数平均直径/mm：o与翅片效率和翅片尺寸有关的一个因子，其值等于翅片表面效率与翅化比的乘积。由式(5)和式(6)可得： （7） （8）金属翅片管的品质系数C由下式计算： （9）有关行业标准规定，双金属翅片管的品质系数大于880算合格。3 实验结果与分析实验随机抽取某厂的4根钢一铝双金属轧片管和铝一铝单金属标准轧片管，测得的传热系数与质量流速之间的关系曲线如图2所示。从图2可看出，4根钢一铝双金属轧片管的传热系数均比标准单金属轧片管的传热系数高，而且所测管的品质系数在88