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3. 6.1氣-液型和氣-汽型熱管換熱器的設計步驟

日期:2022-01-11 01:15:35點擊:168

3. 6.1氣-液型和氣-汽型熱管換熱器的設計步驟
1.已知條件和熱平衡
(1)對氣-液型熱管換熱器。
氣體質量流量:
;入口溫度出口溫度。
液體質量流量 
入口溫度;出口溫度 。

上述給出的條件應滿足熱平衡式:
此外,有時還要給出氣體側和液體側的壓力和阻力要求。
(2)氣-汽型熱管換熱器。給出的條件應滿足熱平衡式:
氣體加熱相變介質時,
氣體被相變介質加熱時,
式中, 分別為氣體和相變介質的質量流量,分別為氣體介質的進岀口 溫度,分別為相變介質的進出口焰值,kJ/kg。
2. 工質和管材的選擇
與氣-氣型熱管換熱器相同,仍主要按管內工作溫度Tv進行選擇,管內工作溫度可由 式3.3.3和表3. 3. 2估算。
估算出
Tv;之后,由表3. 3. 1選擇合適的工質,由表3. 3. 3選擇合適的管材,此外,還 要考慮3. 3節(jié)說明的其他因素。
應當特別注意的是,在考慮管材與工質的化學相容性的時候,不但應考慮管內工質與 所需管材的相容性,也要考慮管外介質與管材的相容性。
3. 放置形式和擴展表面的選擇
與氣-氣型熱管換熱器相同,放置形式基本有兩種:熱管立式放置,加熱段深入水平 的煙道中,冷卻段插入上部的被加熱介質中,這時,可直接采用重力式熱管,如圖3- 1.5所 示;或熱管接近水平放置,采用重力輔助熱管,將具有一定傾角的熱管加熱段插入垂直煙 道中,而冷卻段伸入冷卻介質中,一般采用套管式結構,被加熱介質在套管中流動,或直接 插入汽包中。如圖3. 1. 6至圖3. 1. 8所示。
擴展表面的選擇:與氣體換熱的管段,采用翅片管,翅化比可在5~20之間選擇;與液 體換熱或與相變介質換熱的管段,因為其換熱系數(shù)足夠大,一般不釆用擴展表面,直接用 光管。
4. 長度比的選擇
(1) 經(jīng)濟長度比。
由式(3.4.5)可知
式中,分別為冷卻段和加熱段的傳熱系數(shù),見式(3.4.6)和式(3.4.7)。在初步設 計階段,可按表3. 6. 1的估算值選取.
(2) 安全長度比。
若熱流體溫度較高,大于熱管的允許工作溫度
Tv則須計算許用安全長度比,實際選 取的長度比應小于該許用安全長度比;若熱流體溫度較低,為了防止露點腐蝕,應計算防 露點腐蝕的安全長度比,實際選取的長度比應大于該安全長度比。詳見3. 4節(jié)。

3.6.1傳熱系數(shù)
估算值
管外換熱特點 從管外至管內的傳熱系數(shù)
氣體在翅片管外對流
水在管外對流 2 000 ?3 000
水在管外相變換熱 3 000 ?5 000
有機流體管外對流 500 ~ 1 000
有機流體管外相變換熱 1 000 ~ 1 500
 
注:表中為翅化比。
5. 氣體流速和迎風面積的確定
 
設定氣體的迎風面流速,確定氣體迎風面參數(shù)。因為設計面積是以氣體側的基管外 表面為基準,因而需要先確定迎風面上的相關參數(shù)。
6. 估算和結構設計
(1) 選擇換熱器傳熱系數(shù)

所選擇的傳熱系數(shù)是以氣體側基管外表面為基準的傳熱系數(shù),作為第一次近似,可由表3. 6. 2選取。
3. 6.2傳熱系數(shù)的選擇
翅化比 2 3 4 5
40 50 60 70
5  

 
140 170 200 230
10 250 300 340 350
15 340 400 450 490
20 420 450 530 550
 
3.6.2中的Uo值是由下列近似式計算出來的:
式中,為以基管外表面為基準的氣體側換熱系數(shù);為翅化比;為液體側或相變側的 換熱系數(shù),取;而長度比2,式中的修正值0.8用來考慮其他 各項熱阻的影響。
應當說明:表3. 6. 2所列之值,是對于流體為水的情況而言的,對于有機流體,由表 3. 6. 2所查之值再乘以0.7。
(2) 計算傳熱平均溫差
按對數(shù)平均溫差計算:
(3) 估算總傳熱面積:
由此,再考慮20%左右的設計余量,即可計算出總的熱管數(shù)目和縱向管排數(shù)。
7.精確計算
(1) 按冷熱流體的中點溫度計算傳熱系數(shù),包括:氣體側換熱系數(shù)的計算,液體側或 相變側換熱系數(shù)的計算,其他各項熱阻的計算。各項熱阻均以氣體側的光管外表面積為 計算基準。
(2) 傳熱平均溫差的計算。

對于氣-汽型換熱器  
 
式中,為對數(shù)平均溫差。
對于氣-液型換熱器,
須乘以溫差修正系數(shù)F
 
 

 最后計算岀傳熱面積
 
與估算之值進行比較,要求精確計算面積大于估算面計,設計安全余量控制在20% ~ 40%為宜,若不滿足上述條件,需重新設計。
 
8.阻力計算
以氣體流動阻力的計算為主。

上一篇:3.5氣-氣型熱管換熱器的設計

下一篇:3.6.2設計舉例

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