虽然这些强化传热管有很好的传热性能,但其换热面积的计算尚无统一规定,由于计算公式的不统一,给换热器设计带来一定的麻烦,影响换热器的推广。
  波纹传热管的分类波纹管从波形上分为环形波纹和螺旋形波纹两大类,即环形波纹管与螺旋槽管。
  各种波纹传热管表面积计算(以外径为基准)3.1横纹槽管横纹槽管结构所示。它的主要参数为节距P、大径Do、小径Di、槽大径do、槽小径di、厚度e、直线段长度L和总长Lall。积计算图见所示,为了计算方便,给出槽半径r及角度。
  取角度d的一段圆弧,其旋转后表面积为:dS1=2(r do/2-rcos)rd则其整个面积为:S1=02(r do/2-rcos)rd=rdo 2r2(-sin)直线段的面积为:S2=D0L故横纹槽管在一个节距上的表面积为:S=2S1 S2=2rdo 4r2(-sin) DoL则整个横纹槽管表面积为:Sall=SLall/P=[2rdo 4r2(-sin) DoL]Lall/P现对r和进行求解,由和得:r-rcos=Do/2-do/2;2rsin L=P可求得:=2arctanDo-doP-L;r=(P-L)2 (Do-do)(Do-do)3.2缩放形波纹管缩放形波纹管结构。它的主要参数为节距P,大外径Do,大内径Di,小外径do,小内径di,厚度e,角度和总长Lall。为了计算方便,给出角度。
  在一个节距内,缩放管外表面是两个圆台的侧面,根据圆台侧面积公式可求得:S=S1 S2=(Do/2 do/2)(Do/2-do/2)cot (Do/2 do/2)(Do/2-do/2)cot=(D2o/4-d2o/4)(cot cot)则整个缩放管表面积为:Sall=SLall/P=(D2o/4-d2o/4)(cot cot)Lall/P现对进行求解,由得:(Do/2-do/2)cot (Do/2-do/2)cot=P可求得:=arccot(2PDo-do-cot)3.3波鼓形管波鼓形波纹管结构。它的主要参数为节距P、大径Do、小径do、厚度、波峰圆半径R及总长Lall。为了计算方便,给出波谷圆半径r及角度。
  计算过程。在其中取角度为d的一段圆弧(波峰圆弧),其旋转后表面积为:dS1=2(D0/2-R Rcos)Rd
  则其整个面积为:S1=02(Do/2-R Rcos)Rd=RDo 2R2(sin-)同理,对于波谷圆弧,其旋转后表面积为:S2=rdo 2r2(-sin)则一个节距上波鼓形波纹管表面积计算式为:S=2S1 2S2=2[(RDo rDo 2r2-2R2) (2R2-2r2)sin]则整个波纹管表面积为:Sall=SLal/P=2[(RDo rdo 2r2-2R2) (2R2-2r2)sin]Lall/P现对r和进行求解,由和得:rsin Rsin=P/2;R(1-cos) r(1-cos)=(Do-do)/2可求得:=arcsin2P(Do-do)P2 (Do-do)2;
  r=P2 (Do-do)(Do-do)-R3.4螺旋槽管螺旋槽管结构。它的主要参数有内径Di、节距P、波峰圆半径R、波谷圆半径r、角度、螺旋升角、槽深h、管厚及总长Lall。为了计算方便,给出波谷圆半径r及角度。
  计算思路为:一条长度为dx的线段在距离旋转中心线为R的位置上,于一个螺旋节距P内螺旋旋转后所形成的表面。这个表面展开后就形成了1个高为h、底为dx的平行四边形的表面。这个螺旋面的表面积计算式为:S=hdx=2Rdx
  通过上述的分析可以看出,所示表面的面积仅与该线段长度dx和旋转半径R有关,而与该线段螺旋节距P无关。针对螺旋槽管,此计算过程是以半个波峰圆弧和相邻的半个波谷圆弧为计算对象。
  在如所示波峰圆弧上取角度为d1的一段圆弧,则其在一个节距P内螺旋旋转后所形成的表面积为:dS1=2R[(Di 2)/2-R(1-cos1)]d1积分得旋转后所形成的表面积为:S1=02R[(D1 2)/2-R(1-cos1)]d1=R(Di 2)-2R2(-sin)同理可求得波谷圆弧旋转后所形成的表面积为:S2=r(Di-2h 2) 2r2(-sin)则半个波峰圆弧和相邻的半个波谷圆弧在1个节距P内螺旋旋转后所形成的表面积为:S=S1 S2=(R r)(Di 2)-2rh-2(R2-r2)(-sin)螺旋槽外表面总面积为:Sall=2SLal/P=2[(R r)(Di 2)-2rh-2(R2-r2)(-2sin)]Lal/P对r和进行求解,由得:rsin Rsin=P/2;R(1-cos) r(1-cos)=h可求得:=arcsin4PhP2 4h2;r=P2 4h28h-R3.5梯形波纹管及波节管梯形波纹管(已知参数为Do、Di、do、di、P、、e和L1)及波节管(已知参数为Do、Di、P、L和)。这两种波纹管计算可根据以上计算思路得出。
  梯形波纹管外表面总面积:Sall=[DoL1 doL2 (D2o-d2o)cot/2)]Lall/P式中:L2=P-(Do-do)cot-L1波节管外表面总面积:Sall=[2RDo 4R2(sin-) Di(P-L)]Lall/P式中:=2arctanDo-DiL;R=(Do-Di2 L2)4(Do-Di)4小结从上面计算可以得出各种波纹换热管外表面传热面积的理论计算公式。
 

 

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