各种翅片管尺寸数据（翅片管热管系列讲座）

第二讲 翅化比、翅片效率和翅片参数选择

上一节讲了翅片管的传热原理和选用原则，本节讲述翅片管的两个重要概念：翅化比和翅片效率，并指出在选择翅片参数时应考虑的问题。

（一）翅片管和翅片结构的标注方法

首先，用CPG 代表翅片管（CHIPIAN GUAN） 的缩写，翅片管的结构特性，材质，及加工方法可用下面的系列数字或符号表示：

CPG ( φDb×δ/ Df / P / T –X /Y –A )

其中 ：

CPG ：翅片管；

φDb×δ ：基管外径和厚度；

Df : 翅片外径，mm ;

P : 翅片节距，mm ;

T : 翅片厚度， mm ;

X/Y：基管材质/翅片材质； 其中：Fe : 铁；Al : 铝； Cu : 铜

A : 加工方法：I ：高频焊（不标出即默认）；其它待定。见下图之标示。

例如：

CPG ( φ32×3.5 / 64 / 8 / 1 –Fe / Fe )

说明该翅片管的基管外径为32mm，壁厚为3.5mm，翅片外径为64mm，(即翅片高度为16mm)，翅片节距为8mm，翅片厚度为1mm，基管和翅片皆为碳钢，为高频焊管。

此外，有时需要单独对翅片本身的结构参数进行标注，标注方法如下所示：

CP( Db / Df / P / T –Y )

各符号所代表的意义与翅片管的表示方法相同。举例如下：

CP (32 / 62 / 8 / 1 –Fe)

说明该翅片的基管外径为32mm，翅片外径为62mm（翅片高度为15mm），翅片节距为8mm，翅片厚度为1mm，材质为碳钢。

（二）翅化比

翅化比是指光管表面（基管表面）在加装翅片以后表面积扩大的倍数，可用“β”来表示，即

β =（翅片管总的外表面积）/（原光管外表面积）

计算举例：

翅片管CPG (φ25×2.5 / 50 / 4 / 1 –Fe/Fe), 试计算其翅化比。

1 米管长的翅片数目

n= 1000 / 4 =250

1米管长的翅片面积

Af = n× [π/4 {(Df2-Db2) ×2 π×Df×Y} =0.775 m2

1 米管长上翅片间隙面积，即翅片之间的光管面积

Ao = π×Db×1×(P-T)/P = 3.1416 ×0.025 ×1× 3/4=0.0589 m2

1米管长上的光管面积

Ab =3.1416×0.025= 0.0785 m2

翅化比

β = (Af Ao)/Ab= (0.775 0.0589)/ 0.0785 = 10.62

即加翅片后的传热面积为原光管面积的10.62 倍。

对几个常用规格的翅片管，其翅化比的计算结果示于表—1中，以供参考。

（三）翅片效率

当翅片被“根植”在光管表面上以后，在由管内向管外传热的情况下，热量将从翅片根部沿翅片高度向外传递，同时不断地以对流换热的方式传给周围的流体，其结果就使得翅片温度沿高度方向逐渐下降，如下图所示。

翅片温度沿高度方向逐渐下降，说明翅片温度与周围流体温度的差值在逐渐缩小，单位面积的换热量在逐渐缩小。

这样，翅片表面积对增强换热的有效性在下降。翅片越高，其增加的面积对换热的“贡献”就越小。

因此，有必要引入一个新的概念----翅片效率。

翅片效率 η= （翅片表面的实际散热量）/ （假定翅片表面温度等于翅根温度时的散热量）

因为翅片效率小于1，说明增加1倍的翅片散热面积，并不能增加1倍的散热量，要打一个“折扣”，这个“折扣”就是翅片效率。

翅片效率的数值取决于翅片的形状，高度/厚度/材质，更重要地还取决于管外换热系数，计算比较复杂。见上表—1

计算表明，翅片高度对翅片效率的影响最大，翅片越高，翅片效率就越低；

其次，翅片材质的热传导性能也有一定的影响，铝的导热系数高于碳钢，在其他条件相同时，铝翅片比钢翅片的效率要高。

此外，翅片效率还和管外的换热系数有关，上表—1中的翅片效率值就是在一定的换热系数h=50 W/m2.℃ 的条件下计算出来的。

（四）翅片的有效性

翅片的有效性是指在加装上翅片以后，以基管（光管）外表面积为基准的换热系数到底增加了多少倍。经推导，有下列关系式：

ho = h × [( Ao Af × η ) / Ab]

ho ---- 以光管外表面积为基准的对流换热系数，它代表加装翅片后的总换热系数

h ----翅片外表面的对流换热系数

Ao ，Af ，Ab ：翅片间隙处的裸管面积，翅片面积，原光管面积。

因为 Ao << Af ，故上式可简化为：

ho = h × η × [(Ao Af )/Ab] = h ×η× β

由此可见，翅化比和翅片效率的乘积（η × β）成为翅片有效性的最终影响指标。

对表—1所列举的一组翅片管，其有效性（η × β）的数值也列入表中。

例如，对上表中的CP（38/68/8/1--Fe)而言，假定翅片外表面的换热系数h=50 W/（m2。℃），翅片的有效性为5.94，最终，以光管外表面积为基准的对流换热系数ho=50×5.94=297 W/(m2.℃)。

（五）翅片参数选择

5.1 翅片高度的选择：

对于工程上常用的高频焊翅片管，当翅高为15mm时，翅片效率为0.8左右，而当翅高为20mm时，则翅片效率降为0.7左右，这说明选择15mm的翅高是合适的。

对于空冷器上用的铝翅片，由于铝的导热系数远高于碳钢，其翅片效率较高，将翅片高度提高至22-25mm 也是可以接受的。

5.2 翅片节距的选择：

选取小的节距，可有效地增加翅化比。但在选择节距时，也要特别小心。应考虑的因素有：

A、绕流气体的性质及积灰的可能性。可分为三种情况：

第一，积灰特别严重的场合，例如：钢铁厂的电炉，转炉，及某些工业窑炉的排气，含灰量很大，如果用翅片管换热，一定要选用大的翅片节距。例如节距在10mm以上，还要辅之以合理的排灰设计及选用吹灰器。

第二，积灰不一定很严重，但也要给于重视的场合，例如：电站锅炉和工业锅炉的排气，翅片节距采用8mm左右比较合适，但要辅之以具有自吹灰能力的设计方案。

第三，没有积灰或积灰轻微的场合，例如燃烧天然气设备的排气，或空气冷却器，其翅片节距选择4-6mm是可以的。对于铝制的空冷器，其翅片节距往往在3mm左右。

B、翅片的加工工艺及加工成本也是在选择翅片节距时应考虑的因素。

5.3 翅片厚度的选择：

主要考虑绕流气体的腐蚀性和摩损。对于腐蚀和摩损严重的场合，可选用较厚的翅片。

在本节最后，请放松一下，欣赏一张“靓丽”的翅片管照片。并请考虑：为甚么这些翅片管与我们所熟悉的如此不同？它们都是用在甚么地方呀？

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