[科普中国]-翅片体

简介

翅片体是基本的传热元件，其作用是扩大换热面积，提高热传递的效率。翅片可以看成是隔板的延伸和扩展；其次，翅片的不同形式使空气在流道内形成了强烈的扰流，并使流动边界层和热边界层断裂、重组，从而强化换热；最后，翅片还可以提高散热器整体强度，有效扩大其应用范围。常用的翅片结构形式有平直翅片、百叶窗翅片、锯齿翅片、多孔翅片和波纹翅片。

许多学者对翅片作了深入广泛的研究，利用翅片应用的环境，可按照管内与管外；液体之间换热、液体与气体之间换热、气体与气体之间换热等方面对翅片进行分类。1

管内与管外翅片体的结构形式和特点在换热器及许多换热设备中，传热壁面两侧流体的对流换热系数的大小往往很不均衡，因此需要在传热壁面对流换热系数小的那一侧加装翅片。

翅片管换热器所用翅片管有内翅片管和外翅片管两种，其中以外翅片管应用较为普遍。外翅片管一般是用机械加工的方法在光管外表面形成一定高度、一定片距、一定厚度的翅片。翅片管的型式有螺旋翅片管、套装翅片管、滚轧式翅片管、板翅式翅片管。2

其中螺旋形翅片管广泛应用于管内为液体或气液两相工质而管外为气体的场合，具有强化管外气流扰动、扩大换热面积的作用，从而增强传热，节约能源。并且其结构紧凑，使金属耗量减少。3

液体之间换热翅片的结构形式与特点当管内管外都是液体的受迫对流时，如果换热壁面两侧的换热系数都很大，则没有必要采用翅片管。如水/水换热器，用热水加热冷水时，两侧换热系数都足够高，没有必要采用翅片管，但为了进一步增强传热，可采用螺纹管或波纹管代替光管；发电厂冷凝器，管外是水蒸汽的凝结，管内工质是水，两侧的换热系数都很高，一般情况下，无需采用翅片管。4

气体之间换热翅片的结构形式与特点当管内管外都是气体的受迫对流时，如果管子两侧的换热系数都很小，为了强化传热，应在两侧同时加装翅片。若结构上有困难，则两侧可都不加翅片。在这种情况下，若只在一边加翅片，对传热量的增加没有明显的效果。

例如传统的管式空气预热器，管内是空气的受迫对流，管外是烟气的受迫对流。属于气体之间的对流换热，两侧的换热系数都很低，管内加翅片又很困难，可以使用光管；热管式空气预热器中，虽然仍是烟气加热空气，但因烟气和空气都是在管外流动，故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管，使传热量大大增加。4

翅片的影响参数翅片高度：增加翅片高度，将增加外表面积，但该参数受到了以下因素的限制。翅片高度影响质量流量这一基本参数，该参数影响传热和压力降；整体型翅片的制造限制要比对锯齿型翅片管的限制得多；翅片效率下降，同样，整体型翅片要比锯齿型翅片下降严重；对于翅片高度小于12 mm 的翅片，推荐使用整体型螺旋翅片。如保持其它参数不变，仅增加翅片高度，则换热器成本首先下降，然后不变，最后又开始增加，这是由于换热面积的增加量被较大的管间距效应、较低的气体流速、较低的翅片效率和较低的流体渗透率所抵消的缘故。

翅片厚度：较小的翅片厚度可以带来较高的翅片密度，但是同时也降低了翅片效率，降低了结构刚度。最小翅片厚度通常为0.9 mm，如用以处理腐蚀性/润滑流体或高温流体时，需使用厚度更大的翅片，厚度可达4.2 mm，而对于小直径情形，将受到一些限制。最常用的翅片厚度为1.2 mm。

翅片密度(间隔)：为了获得单位管长的最大外表面积，需使用最高的允许翅片密度，但是过高翅片密度带来压降过大，气体不完全渗透，污垢加重等问题。5