1、 波紋管的作用及特點(diǎn)

        在熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、石油化工、油品輸送、冶金、輕工及賓館、醫(yī)院等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。波紋管換熱器是換熱器家族中一個(gè)高新技術(shù)產(chǎn)品，其具有高效、安全、可靠、節(jié)能、不易堵漏、密封周期長(zhǎng)的，綜合性優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在高溫、高壓的條件下實(shí)用。金屬波紋管（俗稱：彈性元件）：由黃銅，錫青銅，鈹青銅和不銹鋼等金屬薄壁管經(jīng)液壓而成。它廣泛應(yīng)用于氣動(dòng)，電動(dòng)儀表中作彈性敏感元件，機(jī)械設(shè)備中作密封元件，在閥門中也常用。它在管路系統(tǒng)中起溫度補(bǔ)償和氣動(dòng)附件的作用。

2 、波紋管換熱器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 傳熱原理

我們先來分析一下間壁兩側(cè)流體熱交換過程:流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，分層流層和湍流層，介質(zhì)在管內(nèi)各點(diǎn)的速度隨該點(diǎn)與管中心的距離而變，距離管壁附近流速Zui慢，為層流層，越離管壁較遠(yuǎn)處，流速越快，為湍流層。

物質(zhì)間熱交換過程有三種：熱輻射、對(duì)流傳熱和熱傳導(dǎo)?；ぶ谐Ｓ龅降氖菧囟炔惶叩牧黧w間的熱交換問題,此時(shí)輻射傳熱通?？刹挥杩紤]。熱量自熱流體傳到間壁表面的一側(cè),或自間壁另一側(cè)表面?zhèn)鹘o冷流體,都屬于對(duì)流傳熱。對(duì)流傳熱是在流體流動(dòng)的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象,所以和介質(zhì)流動(dòng)的情況密切相關(guān)。即使是在湍流流動(dòng)的情況下，流體主流中由于旋渦叢生，流體各部分相互混合，所以熱阻很小，從而在和流體流動(dòng)方向垂直的截面上，湍流中心區(qū)各點(diǎn)流體之間的溫度趨于一致；但在緊靠壁面處，總有一層流體膜順著壁面作層流流動(dòng)，稱為層流底層。在冷流體一側(cè)，熱量在傳入冷流體主體之前，必須首先通過它。由于通過這層流體膜的傳熱是以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，所以流體膜雖薄，卻是對(duì)流傳熱的主要熱阻，溫度降也主要集中在層流底層中。

圖1為對(duì)流傳熱時(shí)沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r示意圖。圖中f1f1與f2f2為層流底層的界面，t`為熱流體中心溫度，也即Zui高溫度，t`為冷流體中心溫度，也即Zui低溫度。在熱流體的湍流主體中，由于流體質(zhì)點(diǎn)充分混合，溫度基本上是一致的，即圖中t`。在層流底層內(nèi)，由于熱阻較大，溫度急劇由tb下降到tw。在層流底層和湍流主體之間，存在一個(gè)溫度逐漸變化的區(qū)域，稱為過渡區(qū)，其中溫度由t`下降到tb。再往左通過管壁，因其材料通常為金屬，熱阻很小，因此，管壁兩側(cè)的溫度tw和tw相差很小，此后在冷流體內(nèi)，又順次通過層流底層、過渡區(qū)而到達(dá)湍流主體，溫度由tw經(jīng)tb下降到t`。圖中曲線twtbt`和曲線t`tbtw的意義相似。

2.2總傳熱系數(shù)影響因素

傳熱學(xué)傳熱速率公式如下：

q=ka(t-t)-----------------------（2-1）

式中: 換熱量

k------換熱系數(shù)

a------換熱面積

(t-t)------傳熱溫度差

從公式（2-1）可以看到，換熱量和換熱系數(shù)k 成正比，要提高換熱器的熱交換能力，就必須想辦法提高換熱系數(shù)k值。

對(duì)流傳熱時(shí)根據(jù)傳熱學(xué)原理,圓筒型壁熱交換管的總熱阻公式為：

1/k=1/α1+b/λ(d1/dm)+1/α2(d1/d2)+rs(d1/d2)-----（2-2）

式中: k------總傳熱系數(shù)

α1、α2------管殼程對(duì)流傳熱系數(shù)

b------換熱管壁厚

λ-----換熱管傳熱系數(shù)

rs-----污垢熱阻

d1、d2、dm-----分別為換熱管內(nèi)徑、外徑、中徑

2.3提高換熱器換熱性能途徑分析:

由2.1 間壁兩側(cè)流體熱交換過程及公式（2-2）可以看出，要想提高熱交換器的換熱性能，就要努力降低總熱阻1/k，既提高總熱交換系數(shù)k值，從中不難看出提高換熱系數(shù)k值有如下途徑：

1）．減少層流層，增加湍流層，從而提高對(duì)流傳熱系數(shù)α1、α2：

由化工原理中有關(guān)傳熱學(xué)知道，k值幾乎主要取決于對(duì)流傳熱系數(shù)，則必須設(shè)法同時(shí)提高流體兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)α1、α2。

2）．減少傳熱距離，既減小換熱管壁厚b。

3）．提高傳熱系數(shù)λ

可以通過選用導(dǎo)熱性能好的換熱管材料實(shí)現(xiàn)。

4）．降低污垢熱阻rs

當(dāng)污垢熱阻起很大作用時(shí)，則必須設(shè)法減慢污垢生成速率或勤予清洗。

2.4 波紋管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

如圖2所示為波紋管換熱器的一般設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),其外表與普通換熱器相同,殼程采用普通的圓筒形結(jié)構(gòu)，其與普通換熱器相比，Zui大的特點(diǎn)是管程采用薄壁不銹鋼波紋式換熱管,波紋換熱管結(jié)構(gòu)組件見圖3，它是由壁厚為0.5mm～0.7mm的管料經(jīng)過擠波器設(shè)備加工而成，使換熱管壁形成一個(gè)個(gè)凸起，并經(jīng)過與其焊接的管套，與管板進(jìn)行強(qiáng)度焊接而成。 

3 波紋管換熱器性能分析

3.1波紋管換熱器換熱性能分析:

(1)良好的對(duì)流傳熱性能

由于換熱管壁制造成一個(gè)個(gè)的波紋,所以介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)時(shí),其層流層被凸凹不平的壁面所破壞,這樣就大大提高了介質(zhì)的湍流層, 形成不斷的旋渦式湍流流動(dòng),可達(dá)到更充分的換熱效果，從而提高了介質(zhì)間的對(duì)流傳熱系數(shù)α（可大約提高2～3倍），降低了對(duì)流熱阻1/α，使波紋換熱器具有良好的對(duì)流傳熱性能。

(2)良好的熱傳導(dǎo)性能

本設(shè)備波紋換熱管采用不銹鋼薄壁管制成，不銹鋼具有良好的熱傳導(dǎo)性能，即熱傳導(dǎo)系數(shù)λ大。切采用0.5mm～0.7mm的薄壁管,這樣就保證減小了傳導(dǎo)熱阻b/λ值。

普通換熱器的換熱管壁厚一般厚度達(dá)2mm～3mm,而波紋管換熱器與之相比，同材質(zhì)情況下可提高熱傳導(dǎo)性能2～3倍。所以它具有良好的熱傳導(dǎo)性能。

(3)較低的污垢熱阻

由于換熱管采用波紋形,所以介質(zhì)在換熱管內(nèi)外壁流過時(shí),增加了湍流流速,形成了一個(gè)個(gè)向前不斷渦流流動(dòng)的流態(tài)，大大減少了介質(zhì)在換熱管內(nèi)外壁上積垢的可能，從而大幅度降低了污垢熱阻rs。

(4)單位容積傳熱面積大

由于換熱管是由光管連續(xù)脹形,外表面形成一圈圈的波紋,所以內(nèi)外表面積均比同長(zhǎng)度的光管大,如用φ27x0.7光管制成后的波紋管表面積可以比原來增大20%左右，所以同殼徑的換熱器，裝有同數(shù)量的換熱管，裝波紋管的可以比裝光管的換熱面積大。

從以上分析可知，波紋管換熱器具有良好的熱交換性能。

3.2波紋管換熱器使用性能分析

(1)不污、不堵、不結(jié)垢

由于該設(shè)備的換熱管采用不銹鋼材料制成，換熱管為波紋形的特點(diǎn)，增大了介質(zhì)的湍流層，減少了易滯留積垢的平流層，大幅度減少了換熱管內(nèi)外壁積污的可能,故防堵性能好，管程耐蝕性好。不所以它照比其它換熱器大幅度減少了設(shè)備的清理維護(hù)工作量，方便了用戶的使用。Zui近證實(shí)首臺(tái)換熱器在渾河供熱所已經(jīng)使用五個(gè)供暖期仍不結(jié)垢，這足以證明新產(chǎn)品有很強(qiáng)的防結(jié)垢能力，從而也保障了換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行（換熱效率不降低）。

(2)防漏能力強(qiáng)

因?yàn)槊扛鶕Q熱管的各個(gè)波紋都具有自身補(bǔ)償熱脹冷縮的功能,因此不需要膨脹節(jié)之類的設(shè)置來減少管殼程的溫差應(yīng)力，有較強(qiáng)的適應(yīng)熱膨脹能力。

(3)防震能力強(qiáng)

第一. 由于換熱管波紋的加工,使其自身帶有可塑性。

第二. 選用具有較好的可塑性不銹鋼材料。

第三. 采用了波紋管與套管焊接后,再與管板相焊的結(jié)構(gòu)。這樣就使波紋換熱管與管板不直接接觸，減少了因厚度差引起的局部應(yīng)力。

第四. 與波紋管焊接的套管處,采用了緩沖節(jié)加工結(jié)構(gòu)，如圖2局部放大圖所示，也提高了其抗震性能。

(4)動(dòng)態(tài)性能好

由于產(chǎn)生強(qiáng)化擾動(dòng)的流速范圍達(dá)0.2m/s以上,故負(fù)荷變化而引起的管內(nèi)流速變化時(shí),也不影響換熱性能。

(5)減少設(shè)備維修量

由于該產(chǎn)品不污、不堵、不腐蝕、不結(jié)垢、密封性能好，不必象其它換熱器那樣年年維修。一旦需維修，工作量也很小。

(6) 較高的承壓能力

由于換熱管做成一個(gè)個(gè)的波紋形結(jié)構(gòu),照比光管增強(qiáng)了其承載壓力的能力,使其更適合在較高的壓力下工作。

由以上分析可知,波紋管換熱器具有良好的使用性能。

4波紋管換熱器經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

4.1較高的經(jīng)濟(jì)效益性能

(1)可以節(jié)省材料成本

換熱管管壁加工為波形,如圖4所示為波紋管結(jié)構(gòu)加工尺寸圖，設(shè)凸波球面半徑為r,管外半徑為r,加工波紋凸波率為r/r=1.2,波紋間距(相鄰兩波峰間的距)為24mm,由幾何公式可得到球面面積s球、球冠面積s冠、圓柱側(cè)面面積s柱如下：

s球 =4πr2

=4π（1.2r）2

=5.76πr2

s冠 =2πr[r-(r2-r2)1/2]

=2π(1.2r){1.2r-[(1.2r)2-r2]1/2}

=1.3πr2

s柱 =4πr(r2-r2)1/2

=4πr[(1.2r)2-r2]1/2

=2.65πr2

圖4波紋管結(jié)構(gòu)尺寸

由以上公式得到等長(zhǎng)波紋外表面s波與直管外表面s直之比值如下:

α=s波/s直

=(s球-2s冠)/s直

=(5.76-2x1.3) πr2/2.65πr2

=1.2

沿?fù)Q熱管長(zhǎng)度方向上波紋分布率η為:

η=2[(1.2r)2-r2]1/2/24=2[(1.2r)2-r2]1/2/24=0.055r

如按φ25x0.7規(guī)格的波紋管計(jì)算,得到沿管長(zhǎng)布波率為68.75%,若按布波率50%保守計(jì)算,波紋管換熱面積與原直管換熱面積比μ為：

μ=(1.2s波+s直)/2s直=1.1 (4-1)

由式(4-1)的結(jié)果及(2-1)公式可以知道,同樣換熱量q，由于面積 a(=s波+s直)的增大及k值的提高，照比直管式不銹鋼換熱器,波紋管式換熱器可以較大幅度減少設(shè)備制造用料成本。其中外殼用料,可以至少降低為普通換熱器用料的90%(=1/μ)；換熱管用料,如果照比同材質(zhì)不銹鋼材料可以降低大約一半以上材料,如果照比碳鋼材料，雖然成本提高了一些，但照比其換熱能力的提高幅度，總造價(jià)并不高。所以波紋管換熱器具有較高的經(jīng)濟(jì)效益性。

(2)減少附件制造費(fèi)用

由于具有良好的熱膨脹適應(yīng)能力，所以可以照比一般結(jié)構(gòu)材料換熱器，可以減少安裝熱膨脹節(jié)的購置安裝費(fèi)用上千元。

4.2良好的社會(huì)效益性

對(duì)于相同的熱交換需求量q，由于其熱阻小，換熱系數(shù)高，所以可以減少熱能動(dòng)力源需求，節(jié)約煤碳及電力資源，所以具有良好的社會(huì)效益。

由以上分析可知，波紋管換熱器具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

 5．總結(jié)

由上述分析可以知道，波紋管換熱器具有合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，較高的換熱性能及使用性能，良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。所以是一項(xiàng)非常值得大力開發(fā)生產(chǎn)的換熱器產(chǎn)品。

尺寸：150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、500mm、600mm、800mm、1m等，每10公分加1元。

本公司生產(chǎn)的空調(diào)波紋管，管身采用進(jìn)口304不銹鋼，兩頭接頭采用優(yōu)質(zhì)黃銅接頭或鍍鉻碳鋼接頭，Zui大工作壓力可達(dá)1.6mpa，工作溫度-20℃~150℃，同時(shí)具有彈性好、偏轉(zhuǎn)位移量大、安裝方便等特點(diǎn)。廣泛用于賓館、飯店、辦公樓、實(shí)驗(yàn)室等各種風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的進(jìn)出口管路的柔性連接。

本產(chǎn)品的加工定制是是，類型是臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管，型號(hào)是4分6分1寸1.2寸1.5寸2寸，品牌是春星，電流是10（A），電壓是220（V），功率是10（w），風(fēng)量是10，適用風(fēng)機(jī)是10，額定供冷量是10，額定供熱量是10