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橢圓翅片管

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中文名；橢圓翅片管 外文名；Elliptical wing tube 優點；管外流阻小，換熱效率高 類型；傳熱元件 領域；能源 學科；熱力學

橢圓翅片管 是一種由基管橢圓管和外翅片組成的換熱元件。常見的有橢圓矩形翅片管，橢圓橢圓形翅片管，橢圓圓形翅片管，螺旋橢圓扁管，橢圓H 形翅片管等。由於比圓翅片管性能優越橢圓翅片管而正在受到重視，目前橢圓翅片管已經廣泛應用於乙烯、煉油等工業領域。橢圓翅片管作為高效換熱元件用於換熱設備中。管外流阻小，換熱效率高，使得換熱設備趨於緊湊、輕巧、高效並小型化得以實現。雖然關於它們的研究取得了很多成果，但是仍有很多研究工作尚待開展。

簡介

隨着科學技術和工業的發展，換熱設備趨於緊湊、輕巧、高效並小型化，但是一般換熱器不能滿足上述要求，這就促使人們去研究高效換熱器。因此管翅式換熱器作為一種高效換熱器受到學者們的青睞。目前管翅式換熱器在製冷、空調等工業領域已經有着廣泛的應用，核心元件是換熱器內部的管束，為提高傳熱性能在基管表面加翅片是強化傳熱的一個非常有效的途徑，並且與光管相比，翅片管有結構緊湊，選材靈活合理(基管和翅片的選材可以不同)，傳熱效率高等優點 。

翅片管的種類很多 。根據翅片安裝位置的不同，翅片管有內翅片管和外翅片管兩種,其中以外翅片管應用較為普遍。根據翅片排列方式的不同，翅片管有縱向翅片管和橫向>翅片管兩種。根據基管形狀的不同，翅片管有圓翅片管、橢圓翅片管和扁管翅片管等。目前市場上圓翅片管換熱器占據着主導作用，但大量試驗表明，相對於圓翅片管而言，橢圓管的管後回流區和迎風面積要小得多，有效地減小了空氣側的流動阻力、降低能耗;當管束數目相同時，橢圓管和扁管比圓管結構更緊湊，換熱器的體積更小，降低成本。因此，橢圓管翅式換熱器的研究開發日益受到學者的重視。

橢圓翅片管研究現狀

劉寶興等 對十種橢圓矩形翅片管束的放熱和阻力性能進行試驗研究。用線性回歸分析和F 水平顯著性檢驗方法對實驗數據進行分析，求得了橢圓矩形翅片管束的空氣側放熱和阻力性能的關聯式。確定了橢圓矩形翅片管束分別在最小容積和最小迎風面積標準下相應的最佳橫向管間距和縱向管間距。分析實驗數據得到管排數、橫縱向管間距和摩擦係數之間相互影響的規律。楊金寶等 研究了不同橢圓長短軸之比(a/b)的橢圓管翅片間距對放熱的影響，並對帶四個擾流孔的矩形翅片橢圓管在橫掠氣體中進行了放熱研究。得出了可以作為工程計算基礎的簡單公式。屠珊等 用穩態恆壁溫法對三個橢圓翅片管空冷器和一個圓形翅片管空冷器的傳熱和阻力特性進行了試驗研究。通過對實驗的研究分析得到了兩種翅片管不同工況下的Nu 和Re 關聯式。研究還表明:迎風面流速相等時, 橢圓翅片管比圓形翅片管空氣側換熱係數約大3~ 7 倍;換熱係數相等時，橢圓翅片管比圓翅片管的壓降，並且橢圓翅片管換熱器需要較小的引風機能耗和換熱面。陳亞平等對軋片式橢圓鋁翅鋼管換熱器的傳熱及流動阻力特性進行了測試。阻力特性試驗分別對3 排和4 排管試驗件進行，試驗數據表明:隨着翅片管側迎面風速的增加壓力降逐漸增大，同時4 排管試驗件的壓力降明顯大於3排管的，因此管排數的增加減弱了翅片管的換熱。試驗結果表明:獨特工藝製造的軋片式橢圓鋁翅鋼管具有良好的傳熱、阻力性能和足夠的結構強度, 因此有廣泛的應用前景。段芮等 對翅片間距不相等的翅片管散熱器在管束叉排布置時的傳熱和阻力性能進行了實驗研究。實驗用鋼管鋼翅片橢圓管散熱器，換熱器內為兩排管，用第二排的翅片間距大於第一排的布置方式使得第二排的管外空氣阻力減小，增加了換熱量。

橢圓翅片管的特點

(1)相對於圓管翅片管，橢圓翅片管更容易實現緊湊布置，使整個換熱器整體體積減小，從而減小了占地面積。

(2)由於橢圓翅片管形狀特點，空氣側阻力小，流體間的換熱係數增大;管內熱阻比較小，增加了管內流體的換熱量。

(3)橢圓翅片管的換熱面積大於同等截面積的圓管，這是因為同等的橫截面積下，橢圓管的傳熱周邊比較長。

(4)橢圓翅片管中最常用的是矩形鋼翅片，強度高，基管冬季不宜凍裂，使用壽命長。

(5)由於橢圓翅片管可以更緊湊的布置，前排管對後排的影響比較大，可以通過增大後排管的翅片間距，減小管外流阻，但是管排數不宜過大。

橢圓翅片管翅片效率的計算方法

橢圓翅片管由基管橢圓管和外翅片組成。常見的有橢圓矩形翅片管，橢圓橢圓形翅片管，橢圓圓形翅片管，螺旋橢圓扁管，橢圓H 形翅片管等。由於比圓翅片管性能優越橢圓翅片管而正在受到重視，目前橢圓翅片管已經廣泛應用於乙烯、煉油等工業領域。

在計算橢圓管翅式換熱器翅片效率時人們常把橢圓翅片管當量成圓翅片管，按照圓翅片管計算分析。當量圓管的選取方法有兩種，一種是使當量圓管的橫截面積與橢圓管橫截面積相等，另一種是使當量圓管的周長與橢圓管的周長相等。

尾花英朗 以橢圓管矩形翅片替代了與其面積相等並與基管偏心率相同的橢圓翅片，並且進行了翅片效率的理論計算。黃素逸等 根據計算圓管外圓翅片效率的公式，求得管外不同曲率半徑方向處翅片效率，然後用面積平均的方法對橢圓管矩形翅片進行了分析計算。張春雨等 採用了有限差分數值分析的方法，應用溫度逐次更新處理技術對不同擾流孔下的橢圓管矩形翅片的翅片效率進行計算;並與尾花英朗提出的採用當量橢圓簡化矩形翅片的方法做了對比，結果表明，採用當量橢圓簡化矩形翅片使翅片效率偏高。閔敬春等 驗證了扇形法可以用於橢圓管翅片效率的計算。計算了在不同工況下長短軸比範圍為1~5 的橢圓管直翅換熱器的翅片效率，並將計算結果與工程常用的等周長法和等面積法做了比較，得出扇形法與等周長法和等面積法差異的規律變化。同時得到當橢圓翅片管叉排布置時，等周長法遠小於等面積法的偏差;而當橢圓翅片管順排布置時，等周長法與等面積法的偏差近似相等。

展望

橢圓翅片管作為高效換熱元件用於換熱設備中。管外流阻小，換熱效率高，使得換熱設備趨於緊湊、輕巧、高效並小型化得以實現。雖然關於它們的研究取得了很多成果，但是仍有很多研究工作尚待開展。

(1)橢圓翅片管有很多的優點，較研究比較匱乏。

(2)翅片效率在換熱計算中起着關鍵性的作用。橢圓翅片管翅片效率的計算都有很多種方法，但基本上都是以等效法為基礎進行的，等效法存在着一些偏差，用於指導實際工程時要對這些偏差進行修正。因此，為了獲得更準確的結果並且更方便的指導工程，今後有必要對其進行更加系統的研究。

(3)有關橢圓翅片管內外特性和換熱規律的研究已經非常全面，國內外學者做了大量的理論分析、實驗研究和數值模擬。但對扁管翅片管的研究相對較少，尤其是對扁管翅片管內外、溫度和速度場的研究比較少。雖然扁管翅片管空氣側阻力比較小，換熱係數高，但其內部流體阻力比較大，製冷劑充注量比較少，限制了扁管翅片管在換熱器中的應用。因此如何解決扁管內部流阻大的問題需要更多更深入的研究。