在很多情況下,管外流體和管內流體對管壁的傳熱系數是不同的。所謂換熱系數,是指單位換熱面積和單位溫差(流體與壁面的溫差)的換熱能力,代表流體與壁面的換熱能力。示例:
水在壁上凝結時,換熱系數為10000-20000 W/(m2。℃)
水在墻上沸騰時的換熱系數為:5000-10000 -
水流過墻體的傳熱系數約為:2000-10000 -
或者空氣和煙氣流經壁面時的換熱系數為:20-80 -。
空氣在自然對流中的傳熱系數只有5-10 -。
可以看出,流體與壁面的換熱能力相差很大。
接下來想象一個實際的換熱情況:圓管內部是流動的水,換熱系數5000 (-),而管外是流動的煙氣,換熱系數只有50 (-),相差100倍。熱量從管內傳到管外或從管外傳到管內,傳熱過程中的“瓶頸”或“阻力”在哪里?當然是管外的煙氣側,因為煙氣側的傳熱系數,也就是傳熱能力,限制了傳熱的提高。
這里舉一個串聯電阻的例子:在由多個電阻組成的串聯電路中,如果其中一個電阻遠大于其他電阻,那么這個電阻就構成了電流的“瓶頸”,只有降低電阻,才能增加流經串聯電路的電流。上述傳熱過程也是如此。
怎樣才能提高圓管的傳熱?方法之一就是在管道的外表面,也就是煙氣側使用膨脹面,也就是翅片管。假設翅片管的實際傳熱面積是原光管表面積的數倍。雖然煙氣的傳熱系數仍然很低,但反映在光滑管表面積上的傳熱效果會大大增加,從而強化整個傳熱過程,降低設備的金屬消耗,在總傳熱量情況下提高經濟性。