[科普中国]-热管交换器

热管交换器是热力工程中理想的应用工具，具有传热效率高、结构紧凑、压力损失小、有利于控制露点腐蚀等优点。

研究背景我国从上世纪50年代开始引进了多种型号的原苏联技术生产的柴油机，其配套的滑油冷却器为扁管式内翅结构，该系统滑油冷却器具有结构紧凑、传热效率高的特点，但在可靠性方面存在很多问题。在船用恶劣条件下，国内生产的扁管系列滑油冷却器的寿命约一年，因此，必须开发新型结构的滑油冷却器用以替换原有的扁管系列滑油冷却器。锯齿型内翅式传热管热交换器的开发是为了解决扁管系列滑油冷却器可靠性差，易发生泄漏的问题。产品开发立足于采用圆管形式的换热元件，充分保证产品的使用寿命;在此基础上，在圆管内部设计了矩形翅片，用以提高换热器的换热效率。1

冷却元件结构设计圆管管径及壁厚的选择在不改变原有滑油冷却器安装接口尺寸的基础上，选择壁厚为1mm的白铜管做为内翅圆管冷却元件的基管，将管内滑油的流速控制在0.2m /s左右，保证冷却管具备耐海水腐蚀的能力。、

翅片结构设计为了同时达到破坏层流边界层和增加换热面积的目的，翅片设计成错置带状矩形，这种翅片有一个矩形横截面，被切割成长度为l的小条带，每相邻的小条带沿横向偏移错置约翅片节距的50%。

错置带状翅片以其单位容积下的换热面积大,换热系数高为特点。它的传热机理可描述如下:传热强化是靠沿翅片长度方向周期性发展的边界层在翅片尾流中耗散而获得;强化传热过程中伴随有其压降因磨擦因子增大而增大，且由于翅片的厚度,存在形体阻力，也增加了压降。因此，使用翅片可能造成的另一个问题是流动阻力的增加。

内支撑管及管堵为了保证翅片和基管能够尽可能地贴合，并且具有足够的强度，选用紫铜管作为内支撑管，并在内支撑管中加装管堵，避免流体直接从内管流过。这样，就形成了翅片介于内外管之间的内翅片式结构，如图所示。内翅式传热管基管、内管、内翅片装配后，用特殊的专用工具将内管胀大，使矩形翅片内外两侧分别与内管及基管紧密贴合，再通过钎焊连接。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所