1、翅片管单管传热性能测试分析与评价徐建民 谢国雄 夏文武 喻九阳 赵天波（武汉化工学院） （湖北长江石化设备有限公司）摘要 ：根据JB/TQ537空冷器翅片管单管传热性能测试方法和GB/T空冷式换热器的规定和要求，对不同参数规格的翅片管进行了单管空冷传热性能测试，得出了总传热系数K与有效通风截面积空气质量流速U的关系曲线和关联式，分析了影响传热性能的主要因素。关键词：翅片管 换热器 传热性能 测试 分析0 前言 翅片管作为一种高效传热元件广泛应用于石油化工及各种空冷设备中，其传热性能对设备的冷却效果具有决定性作用1。为了探究不同结构参数翅片管的性能，本文对不同直径的轧制和绕制翅片管进行

　　2、了单管传热性能测试与分析评价。1 试验装置及测试流程试验装置如图1所示。管内走水蒸气，管外为冷空气。蒸汽温度及冷空气进、出口温度采用铂热电阻进行测量，凝液温度采用水银温度计测量，空气流量采用笛型均速管差压传感表1 06#试件传热参数测试记录（试验环境大气压为Pa，环境温度为35 ）进气管空气流量m3.h一1 进气管测点空气温度进气管测点空气压力（表压）pa风筒测试段空气进口温度 风筒测试段空气出口温度管内蒸汽温度 管内蒸汽压力MPa凝液温度 蒸汽质量流量kg.h-1*窄截面质量流速U6Kg.m-2.s-1传热系数K6 w.m-2.c-1 2c一.6 520 41.3 6

　　3、0.7110.10..51.7624....261.4109.90..31.8344....361.4110.70..61.8695....760.8109.80..41.9295....760.1110.00..52.0006....659.5110.60..42.0846....558.7110.

　　4、10..42.1567..8变送流量计测量。测试时，首先控制进口蒸汽稳定为110饱和水蒸气，而后使其进入翅片管，与风筒内的冷空气进行热交换。对风筒内有效通风面积的空气质量流速在412kg/(m2s)范围内选定各适宜的测试值，待管内外的进、出口温度等参数稳定（约15min）后，对各参数进行测试记录。 图l翅片管单管传热性能测试装置流程 1分离器2保温材料3-测试件4-风筒5凝结水箱 6过冷器7计量装置8减压阀2测试结果与分析2.1误差控制与测试结果计算 表1为06#试件测试与K值计算结果（其它试件略）。按JB/TQ537规定：测试中控制空气及水蒸气温度误差为±

　　5、1 C，凝液温度误差±0.5，空气和凝液质量流量误差为土1%;测试结果以传热系数K值表征翅片管的传热性能，并确定K值与有效通风截面积空气质量流速U间的关系及其关联式。K值按下式计算： (1) 且控制空气热流量： 其中水蒸气热流量计算：其中 传热平均温差计算:式中 F翅片段基管外表面积，m2 Ga空气质量流量，kg/s Cpa空气定压比热容，kj/(kg) ta2j出口空气干球温度计算值， ta1空气进口温度， ta2空气出口温度， A保温层面积，m2 tv饱和蒸汽温度， 保温层厚度，m Gv蒸汽质量流量，kg/s V1凝液密度，kg/m3 Vl凝液体积，m3 收集凝液时间，s tvl

　　6、管内进口饱和蒸汽温度，tv2管内出口凝液温度， 表2 试件结构参数试件编号 翅片类型 基管规格mm 翅片标准外径mm 实测外径mm 翅片段总长mm 翅片总数 实测平均片距mm翅厚mm传热面积m2 有效通风截面积m2 备注01DR25X 2.5 57 55. 1132.200.5 0.039 0. DR25×2. 2.20 0.5 0.0390. DR25×2.5 50 4952 296 121 2.30 0.5 0.0390. L25×2.5 293 120 2.30 0.5

　　7、 0.039 0. L25×2..5295 1312.30 0.2 0.0390.0130绕制欠紧密06 L25X2.5 5755.5 295 138 2.30 0.2 0.0390.0130 2.2 试件的K-U曲线和关联式 根据实测的U及所计算的K值，将01#06#试件的传热系数K与风筒有效通风截面积内空气质量流速U的关系曲线均示于图2中。图2中6条曲线各两两接近，形成三组，每组分别为具有相同结构参数的两个试件（见表2）的曲线。为此，将相同结构参数试件01#与02#，03#与04#，05#与06#的K-U曲线各两两取平均值拟合，从而得出三种不同结构参数翅片管

　　8、的传热系数关联方程分别为：57轧制 K1.2=533.98 U0.3155 (2)50轧制 K3.4=338.50 U0.4953 (3)57绕制 K5,6=507.3 U0.3751 (4)式中U的单位为kg(m2.s)。采用标准差来衡量测试点与拟合曲线之间的回归误差，误差分别为1.2一1.2%，3.4 -1.3%，5.61.0%。2.3传热性能影响因素分析表2中6个试件基管外径相同但翅片类型不同。其中，Ol#04#均为0.5mm厚的轧制翅片，但翅片外径不同，即01#、02#外径为57mm，而03#、04#外径为50mm；05#、06#为外径57rnm的缠绕翅片管，且翅片较薄，其厚度为0.

　　9、2mm。由表2可知，在翅片换热器中，实测的有关翅片的结构参数与标准规定值并不完全一致。例如0l#、04#试件测试翅片外径为4952mm平均值略大于标准外径50mm，可视其为50mm标准外径；而01#、02#及05#、06#实测翅片外径为55.556.0mm，略小于标准外径57mm，可将其视为57mm标准外径。六个试件的翅片间距均为2.3mm，但也有实测平均片距略小于2. 3mm的。根据试件的结构尺寸，参照图2，按翅片外径大小及其厚度和成型制造方法三种不同类型，可以看出影响翅片管传热性能的主要因素：图2 Ku 关系曲线 (1)在翅片成型方法和片厚、片距相同条件下，翅片直径大者(01#、02#)相

　　10、对于较小者(03#、04#)，K值高，传热效果好。例如，在(J，- 6kg/(m2s)时，由式(2)、(3)计算的57的传热系数为50传热系数的1.14倍。 (2)翅片厚度对传热性能影响尤为显着。通常，在翅片外径和片距相同条件下，轧制成型翅片管的传热性能略优于绕制管2，但图2中05#、06#绕制件K值却高于01#、02#轧制件，其主要原因在于前者翅片(0. 2mm)较后者(0. 5mm)薄，仅为后者的40%。因而在测试段长度基本相同情况下，绕制管的翅片数多，翅片总散热面积大，传热量也大，自然按式(1)计算K值要大些。例如，在U=6kg/(m2s)时，由表3 各试件实测传热系数K与国家标准规定值

　　11、的对比翅片管编号 翅片标准外径mm 翅片种类 GB/T规定*小传热系数w.m-2.C-1 实测传热系w.m-2.c-1 实测传热系数0157DR.11.2802 57DR .71.2903 50DR .91.2504 50DR.81.2805 57L.01.3806 57L.71.42式(4)、(2)两关联式计算的K值，0.2mm片厚为0. 5mm片厚的1.05倍。 (3)在翅片制造成型方法和结构尺寸相同时，制造质量对传热性能有一定的影响。例如，05#试件绕制紧密性较06#差些，故在图2中，05#的K -U，曲线居06#曲线的F方，在U=Gkg(m2s)时，其K值约低2.8%。3结论按照GB/T - 94空冷式换热器的要求，在管内为l10c饱和水蒸气，空气人口温度为室温，风筒有效通风截面积空气质量流速为6kg/(m2s)条件下，单管实测传热系数K值