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3. 6.1氣-液型和氣-汽型熱管換熱器的設(shè)計(jì)步驟

日期：2022-01-11 01:15:35點(diǎn)擊：221

3. 6.1氣-液型和氣-汽型熱管換熱器的設(shè)計(jì)步驟
1.已知條件和熱平衡
（1）對氣-液型熱管換熱器。
氣體質(zhì)量流量:

；入口溫度

出口溫度

。
液體質(zhì)量流量

入口溫度

；出口溫度

。

上述給出的條件應(yīng)滿足熱平衡式：

此外，有時(shí)還要給出氣體側(cè)和液體側(cè)的壓力和阻力要求。
(2)氣-汽型熱管換熱器。給出的條件應(yīng)滿足熱平衡式：
氣體加熱相變介質(zhì)時(shí)，

氣體被相變介質(zhì)加熱時(shí)，

式中，

分別為氣體和相變介質(zhì)的質(zhì)量流量，

分別為氣體介質(zhì)的進(jìn)岀口溫度,

分別為相變介質(zhì)的進(jìn)出口焰值,kJ/kg。
2. 工質(zhì)和管材的選擇
與氣-氣型熱管換熱器相同，仍主要按管內(nèi)工作溫度T_v進(jìn)行選擇，管內(nèi)工作溫度可由式3.3.3和表3. 3. 2估算。
估算出T_v；之后，由表3. 3. 1選擇合適的工質(zhì)，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(yīng)當(dāng)特別注意的是，在考慮管材與工質(zhì)的化學(xué)相容性的時(shí)候，不但應(yīng)考慮管內(nèi)工質(zhì)與所需管材的相容性，也要考慮管外介質(zhì)與管材的相容性。
3. 放置形式和擴(kuò)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(zhì)中，這時(shí)，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(zhì)中，一般采用套管式結(jié)構(gòu)，被加熱介質(zhì)在套管中流動(dòng)，或直接插入汽包中。如圖3. 1. 6至圖3. 1. 8所示。
擴(kuò)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(zhì)換熱的管段，因?yàn)槠鋼Q熱系數(shù)足夠大，一般不釆用擴(kuò)展表面，直接用光管。
4. 長度比的選擇
(1) 經(jīng)濟(jì)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(shè) 計(jì)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T_v則須計(jì)算許用安全長度比，實(shí)際選取的長度比應(yīng)小于該許用安全長度比;若熱流體溫度較低，為了防止露點(diǎn)腐蝕，應(yīng)計(jì)算防露點(diǎn)腐蝕的安全長度比,實(shí)際選取的長度比應(yīng)大于該安全長度比。詳見3. 4節(jié)。

表3.6.1傳熱系數(shù)

估算值

管外換熱特點(diǎn)	從管外至管內(nèi)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(jī)流體管外對流	500 ~ 1 000
有機(jī)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(fēng)面積的確定

設(shè)定氣體的迎風(fēng)面流速，確定氣體迎風(fēng)面參數(shù)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)面積是以氣體側(cè)的基管外表面為基準(zhǔn)，因而需要先確定迎風(fēng)面上的相關(guān)參數(shù)。
6. 估算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(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(cè)基管外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，作為第一次近似，

可由表3. 6. 2選取。

表3. 6.2傳熱系數(shù)

的選擇

翅化比	2	3	4	5
翅化比	40	50	60	70
5	140	170	200	230
10	250	300	340	350
15	340	400	450	490
20	420	450	530	550

表3.6.2中的U_o值是由下列近似式計(jì)算出來的:

式中，

為以基管外表面為基準(zhǔn)的氣體側(cè)換熱系數(shù);

為翅化比；

為液體側(cè)或相變側(cè)的換熱系數(shù)，取

；而長度比

取2,式中的修正值0.8用來考慮其他各項(xiàng)熱阻的影響。
應(yīng)當(dāng)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(jī)流體，由表 3. 6. 2所查之值再乘以0.7。
(2) 計(jì)算傳熱平均溫差
按對數(shù)平均溫差計(jì)算：

(3) 估算總傳熱面積：

由此,再考慮20%左右的設(shè)計(jì)余量，即可計(jì)算出總的熱管數(shù)目和縱向管排數(shù)。
7.精確計(jì)算
(1) 按冷熱流體的中點(diǎn)溫度計(jì)算傳熱系數(shù)，包括:氣體側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算，液體側(cè)或相變側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算，其他各項(xiàng)熱阻的計(jì)算。各項(xiàng)熱阻均以氣體側(cè)的光管外表面積為計(jì)算基準(zhǔn)。
(2) 傳熱平均溫差的計(jì)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(jì)算岀傳熱面積

與估算之值進(jìn)行比較,要求精確計(jì)算面積大于估算面計(jì),設(shè)計(jì)安全余量控制在20% ~ 40%為宜，若不滿足上述條件，需重新設(shè)計(jì)。

8.阻力計(jì)算
以氣體流動(dòng)阻力的計(jì)算為主。

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