翅片式散热器设计

翅片式散热器设计

 翅片式散热器设计
摘要:随着社会的进步和科学水平的提高人们对环保问题的重视度逐年提高,而翅片式散热器在其余热回收和节能方面有着优良的性能受到众多企业的选择。本次论文的撰写从环保作为出发点,全面介绍翅片式散热器的工作原理、优缺点、结构特点等方面。通过这次毕业设计让我对翅片式散热器有更加全面的了解对工作有更加深刻的认识。本次论文以企业实际项目为基础来撰写,从实际出发根据客户要求完成换热计算、选型、选择材料以及安装调试;通过查阅资料来完成对论文的补充与完善,最后完成毕业设计。
关键词:翅片式散热器、余热回收、环保。
 

 

 

 

 

 

 

 

目录
前言……………………………………………………………………………………1
第一章  翅片式散热器的原理及分类………………………………………………2
1.1翅片式散热器的原理………………………………………………………2
1.1.1 翅片式散热器原理及作用………………………………………………2
1.1.2 翅片式散热器应用场合…………………………………………………3
1.2 翅片式散热器的分类………………………………………………………4
1.2.1 与空气换热的翅片管……………………………………………………4
1.2.2 与烟气换热的翅片管……………………………………………………5
1.2.3 与有机介质或制冷介质换热的翅片管…………………………………7
1.2.4 用于电子元件散热的翅片管……………………………………………7
1.3 翅片式散热器的结构特征…………………………………………………7
1.3.1 翅片管的排列方式………………………………………………………7
1.3.2 管程及其连接方式………………………………………………………8
1.4  翅片式散热器型号的确定 ………………………………………………8
1.4.1  工程概括及方案的确定 ………………………………………………8
第二章  传热计算 …………………………………………………………………11
2.1 传热系数和传热热阻的计算 ……………………………………………11
2.1.1 传热系数的计算 ………………………………………………………11
2.1.2 传热热阻的计算 ………………………………………………………12
2.2 翅片效率和翅化比的计算 ………………………………………………12
2.3 迎风面积的计算 …………………………………………………………13
2.4 换热面积的计算 …………………………………………………………14
第三章  翅片式散热器设计方案的确定 …………………………………………15
3.1 翅片式散热器规格的选择 ………………………………………………15
3.2 翅片式散热器材料的选择 ………………………………………………16
第四章  设备的检测安装 …………………………………………………………16
4.1 设备的检测 ………………………………………………………………16
4.2 设备的安装 ………………………………………………………………16
4.3 设备未达到要求的处理方案 ……………………………………………17
结束语 ………………………………………………………………………………18
致谢 …………………………………………………………………………………19
参考文献 ……………………………………………………………………………20
附录:翅片式散热器平面图

 

 

 

 

 

 

 

 


前言
随着社会的进步以及国家对环保方面的重视,而翅片式散热器又具有热阻小、传热性能好、强度高、流动损失小、防腐蚀性能强、工作寿命长等优点越来越收到人们的青睐。
翅片式散热器在工业生产中的应用非常广泛,比如在动力工业中锅炉设备中的过热器、空气预热器等,发电厂热力系统中的给水加热器,制冷行业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器,都是散热器的应用实例。翅片式散热器作为一种新型的换热装置得到很多人的选择。在各个行业中,要挖掘能源利用的效率,做好节能环保,必须合理组织利用热交换过程并利用和回收余热,这往往和正确设计与使用翅片式散热器密是分不开的。
由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临资源短缺的局面,各国都在新能源开发上投入很大精力,而散热器又与能源的开发与节约密不可分。所以散热器可广泛应用于纺织、制冷、印染、化工、粮油食品加工医药等行业中;在有些行业中有占有很大的低位。
希望通过本次论文的撰写让我对这个行业的认识变得更加全面,对以后的工作也能起到很好的帮助。

 

 

 

 

 

 

第一章 翅片式散热器的原理及分类
1.1翅片式散热器原理
1.1.1 翅片式散热器的原理及作用
 翅片管,又称稽片管或者肋片管,即表面扩张管。翅片管就是在基管上增加了翅片以此来增加外表面积的一种传热元件。
那么在原来的表面上增加翅片作用是啥那?我们就要对传热学的基本原理有所了解。传热学的定义就是:固体表面在和它接触的物体之间的换热我们称之为对流换热。根据过往
依据习惯我们知道到暖气片外表面积越大,表面温度越高,或表面的温度和空气间的温差越大,那么单位时间的换热量越大。在不同情况下对流换热的强弱该怎样比较那?这就要提到另一个物理量--换热系数。换热系数是指单位换热面积、单位温差(表面和流体之间的温差)、单位时间内的对流换热量。对流换热系数常用K表示,其定义式为
                      

式中,Q为对流换热量单位W,A为换热面积单位㎡,T为表面温度Tw与流体℃温度Tf之差,K单位为J/(s·㎡·℃)
影响换热系数的因素主要体现在以下几个方面:
(1)换热外表面的形状和结构特征。
(2)流体的种类和物理性质,例如液体和气体不同的性质,其换热系数相差甚大;此外,还和流体的流速和流动状态相关。
(3)流体在换热过程中会不会发生相变,是否发生凝结或沸腾。若发生相变,则其换热系数将提高很大。
为了对翅片管的原理有所了解,我们还需要知道传热过程和定义:传热就是指热量从温度高的一边经过物体间壁传向温度低的一边的过程。对圆管而言,传热既包括管内流体的对流换热流程也包括管外流体的对流换热流程,还包括管壁的导热过程。传热过程的强弱和传热量的多少主要在于间壁两侧的对流换热的特征。因此,传热过程就是与间壁两侧的两个对流换热过程紧密地联系在一起的。为了说明两侧换热过程对整个传热过程的影响,在热学上又引入了热阻的概念。热阻就是:传递单位热量所需要的温差,热阻通常用“R”表示,单位(㎡/℃)。
                          
                          
由此我们可以看出热阻就相当于换热系数的倒数,就是换热系数越大,其热阻值越小,相反,换热系数越小,其热阻值就越大。为了减少空气热阻,在散热器设计中最好的方法就是在空气侧外表面增加翅片,即为采用翅片管。由于增加了翅片所以基管原有的外表面积得到了很大的扩展,这样空气侧换热系数低的问题就能得到解决。
1.1.2翅片式散热器的应用场合
选用翅片管的原则主要由以下几点:
(1)若翅片管子两侧的换热系数相差比较大,那么就在换热系数小的一侧加装翅片。为了安装方便,应尽量将换热系数小的一侧放在管外。
(2)若管子两侧的换热系数都比较小,那么为了强化传热,就在基管两侧同时加装翅片。若结构上有困难,那么两侧都不加翅片。这种情况下,如果只在一侧加装翅片的话,对传热量的增加不会起到明显的效果。
(3)若管子两侧的换热系数都很大,则没有必要采用翅片管。
总之,在我们需要增大换热、减少热阻的情况下都可以采用翅片管。
翅片管散热器可以仅由一根或多跟根翅片管组成,也可在配以外壳、风机等组成不同形式的散热器。翅片管是翅片式散热器最重要的换热元器件,翅片管是由基管和翅片两部分组成,基管大多是圆管,也有扁平管和椭圆管。管内、管外流体是通过管壁及翅片进行热交换的,由于加装翅片的扩大了传热面积、使换热类型多种多样,翅片可以各自加在每根单管上,也可以同时与数根管子相连接。翅片式散热器主要由翅片管、管箱、框架、法兰组成,是一个独立的结构整体。
由于在基管上加装翅片的这种构造,使传热面积比光管增大2到10倍,而且可以促进流体的湍流,所以传热系数比光管可提高1到2。由于加装翅片后的传热能力增强和单位体积传热面积增大,那么与光管相比在完成相同工作量可以减少材料的使用,壳体的大小也跟着变少,结构更加紧凑而且节省金属材料的使用。因为翅片的材料选择能和基管不一样,材料的选择与利用就变得合理多变。因此翅片式散热器得到广泛应用。
1、2翅片式散热器的分类
随着翅片管应用行业领域不断扩大,翅片管的大家族逐渐增多。为了方便人们的设计和使用需将翅片管进行分类。从用途和和结构上大致可以分为四种类型:与空气换热的翅片管、与烟气换热的翅片管、与有机介质换热的翅片管、用于电子元件的翅片管。
下面我将简要说明这四种翅片管的用途。

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