热管换热器中热管翅片效率和翅化比

  热管换热器中热管的主要热阻是蒸发段外侧的热阻R1和凝结段外侧的热阻Rg,它们构成了热管的控制热阻。为了减少这项热阻，从传热学中得知，必须进行增强传热。增强热管的传热的办法有两种：①. 增加气体的流速；②. 增加换热面积，即采用扩展表面，将原来的光管表面做成翅片管。因此，目前气气热管换热器的加热段和冷凝段都采用翅片管。

 在光管外面加上扩展表面，目的是为了增加换热量，减少热阻。一般热量增大的倍数总是低于面积扩展的倍数，这里就有一个翅片效率的问题。热量Qf将从翅根沿翅片高度逐渐散失，翅片表面温度Tw沿翅片高度逐渐降低，如图5-3所示。由于翅片温度Tw与周围流体温度Tf之差逐渐减少，也就是说翅片传热的有效性下降了。我们将翅片的实际散热量，与翅片各处的温度都等于翅根温度To时的散热量之比，称为翅片效率，以n表示，即

  因为Tw总小于To,To>Tw>T1,故翅片效率n是一个小于1的数。为了求得n值，由式（5-31)可知，需要求解翅片温度Tw沿高度的分布规律。对于各种不同形状的翅片，已由理论分析的方法求出了其温度分布和翅片效率，可查阅有关的传热学书籍和手册。对于热管换热器，应用最广泛的是等厚度的环形翅片（圆形翅片）。

将式（5-31)进行推导分析计算绘成曲线的形式如图5-4所示。曲线的横坐标为H·m,m=(2a/λwδ)1/2,即横坐标为H(2a/λwδ)1/2,参变量为dy/db,纵坐标为n.图中曲线表明，翅片越高，比值d/db越大，则翅片效率就越低；此外，当翅片的几何特性一定时，翅片外表面与气体之间的放热系数a越大，热导率入w越低，则翅片效率也随之降低。

(例题5-1)  

  一环形钢翅片管，翅片厚度ō=0.8mm,翅片外径d=50mm,翅片根径db=25mm,钢翅片的热导率＼w=40W/(m·℃),管外为空气的受迫流动放热，放热系数a=50W/(m2.℃),试确定此环形翅片的翅片效率。

首先求其m值

  翅化比是翅片管的总的外表面积（Ab+Af)与没加翅片时的光管外表面积Ao之比。其中，Ab为翅片管裸体部分的面积，它与翅片管翅片表面积A相比很小，因此，进行如式（5-35)中的代换，引起的误差很小，完全可以满足工程计算中的要求。

  由式（5-35)可知，当翅片管外表面的放热系数α一定时，为了增加以光管外表面积为基准的放热系数α1,最有效的办法是增加翅化比β,同时又要保证翅片效率n有足够高的数值。目前，在热管换热中应用的翅片管，翅化比β在6~13之间，翅片效率n在80%~86%之间。

(例题5-2)

 有一翅片管，其几何特性如下表所示，试求其翅化比。

由于传热面积扩大了10.6倍，以光管为基准的放热系数α1与o相比就扩大了8.7倍。