翅片管换热器的工作原理
来源：创始人 发布时间：2025-12-10

翅片管换热器是一种通过扩展传热表面（翅片）来**强化传热的换热设备，主要用于气体与液体之间的换热，核心目的是解决气体侧传热效率低的问题。

我们可以从结构、传热过程和核心设计思想三个方面来理解。

1. 核心结构

翅片管是这种换热器的基本单元，由两部分构成：

基管（光管）：通常为金属圆管（铜管、钢管、铝管等），内部流通一种流体（通常是液体，如水、制冷剂、蒸汽或导热油）。

翅片：紧密附着在基管外表面的金属薄片（通常是铝片或铜片）。翅片的形状多样，如平直形、波纹形、开窗形（条缝形）等，以扰动气流，增强换热。

许多根这样的翅片管按**规律排列，组成管束，并安装在壳体中，就构成了完整的翅片管换热器。

2. 工作与传热过程

假设一个典型的应用场景：用热水加热空气。

管内流程（液体侧）：热水在基管内流动。由于水（或大部分液体）的导热系数较高、对流换热能力强，热量能较容易地从热水传递到管内壁。

管壁导热：热量从管内壁通过金属管壁传导到管外壁。

管外流程（气体侧 - 关键环节）：空气在风机作用下，横向掠过管外和翅片表面。空气的导热系数非常低（约为水的1/20~1/25），且比热容小，是传热过程中的主要阻力（称为“热阻”）。

翅片的强化传热作用：

扩展传热面积：翅片**地增加了与空气接触的外表面积，是光管表面积的10到25倍甚至更多。这直接补偿了气体传热能力的不足。

破坏边界层：空气流过翅片表面时会形成一层相对静止的“热边界层”。波纹、开窗等翅片设计能扰乱空气流动，破坏这层隔热层，使冷空气更直接地冲击热表面，提高对流换热系数。

翅片效率：热量从翅根（连接管壁处）向翅尖传导时会有温降。因此翅片的实际平均温度低于翅根温度。设计时会通过选择高导热材料、优化翅片形状和厚度，使翅片效率尽可能高（通常>80%），确保大部分翅片面积**参与换热。

**终的能量路径： 热水的热量 → 管内壁（对流） → 管壁（导热） → 管外壁和翅片根部（导热） → 翅片表面（导热） → 空气（对流）。

结果：热水温度降低，空气温度升高，完成了热量的传递。

3. 核心设计思想：平衡热阻，匹配两侧换热能力

这是理解其原理的精髓。在一个换热器中，总热阻由两侧流体的对流热阻和管壁的导热热阻串联而成。

对于水-空气换热，空气侧的对流热阻占总热阻的85%~90%以上，是**的瓶颈。

翅片的作用，就是通过大幅增加表面积（A），来降低空气侧的等效热阻（因为对流热阻 = 1 / (h * A)，A增大，热阻减小），从而使两侧的换热能力趋于“平衡”，让整个换热器的效率**。