管式加热炉的对流传热

翅片管和钉头管的外膜传热系数（1）

在加热炉的对流室中，由于管外烟气的膜传热系数比管内介质的膜传热系数小得多，所以起控制作用的热阻在烟气一侧。一般为了提高对流室的传热速率，多在对流室设置或部分设置翅片管或钉头管。就对流管的表面热强度而论，如果都以光管外表面积为基准，光管的表面热强度只有20000 ~28000KJ/(㎡·h·K)，而翅片管或钉头管则可达到60000~120000KJ/(㎡·h·K)。翅片管分条形(纵向)翅片和环形(横向)翅片，各种不同形式的翅片和钉头可参考图5-11至图5-14。

关于翅片管和钉头管的外膜传热系数的计算。Gardener提出了翅片效率的概念，及各种不同类型的翅片管和钉头管翅片效率的计算方法。于是通过和求光管的外膜传热系数相同的方法就可以得到翅片管或钉头管的外膜传热系数。如以光管外表面为基准，则其关系式如下:

图5一10翅片效率公式推导说明图

一般采用条形翅片的对流管，烟气的流动方向必须与管束平行，以减少流动阻力。所以，这种翅片管的表面膜传热系数，可以采用与式(5-13)相似的关系式进行计算，即

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式中当量直径De和式(5 - 13)的定义是相同的，只不过在计算自由截面积和传热周边时，必须考虑翅片的具体情况。

2)环形翅片管表面膜传热系数

环形翅片管一般多采用圆管和圆形翅片，且烟气流动的方向与管束垂直。对正三角形排

列的管束，Briggs通过实验提出了如下准数方程式:

3)钉头管表面膜传热系数

钉头管一般采用烟气流动方向与管束垂直的方式，因此钉头管表面膜传热系数，可以使

用与式(5-17)或(518)相同的关系式进行计算.只不过将式中的Do改换为De，即

其中当量直径De和式(5-13)的定义相同。

4)翅片效率

Gardner定义翅片效率为翅片单位表面积通过的平均热量与光管单位表面积通过的平均

热量之比值，即

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首先，Gardner作了下述假定:

(1)翅片或钉头的传热过程是稳定传热，即传热量和温度分布与时间无关;

(2)翅片的材质是均匀的，各向同性，形状对称;

(3)翅片本身不存在热源;

(4}翅片表面任一点处的热通量与流体和翅片的温度差成正比;

(5)翅片的导热系数为常数;

(6)整个翅片的表面膜传热系数相等;

(7)围绕翅片的流体温度是一样的;

(8)翅片根部的温度是一样的;

(9)翅片的厚度比高度小得多，因此横过翅片的温度梯度可以忽略不计;

(10)通过翅片顶端外缘的热量比通过翅片侧面的热量小得多，可以忽略不计;

（11)翅片和管子的联结不存在结合阻力。

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