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4.2單相流體空冷器的設計計算
日期:2022-01-07 09:08:18點擊:204
4.2
單相流體空冷器的設計計算
42.1設計特點和設計方法
空冷器的設計計算與其他換熱器相比,有很大的獨特性:除了被冷卻的熱流體的參數 給定之外,其他都沒有給定,需要在設計的初期階段作出選擇和確定,包括:翅片管形式的 選擇,翅片管束的參數選擇,風量的選擇和確定,空氣入口溫度(設計氣溫)的選擇等。在 大量參數選擇的情況下得出的設計結果,可認為是初步設計結果,然后再根據這一設計結 果進行精確計算,并與初步設計結果進行對比或進行必要的修改,修改后再重新設計 計算。
空冷器的設計步驟如下:
(1) 根據管內熱介質的給定參數計算熱負荷(傳熱量)。
由熱介質的進口溫度
,
岀口溫度
,
流量
計算傳熱量
:
對單相流體,也可以按下式計算:
式中,頌"分別為熱流體出口嬉值和入口焰值,
;
喝為熱流體的平均比熱 容
,
0
(2) 選擇設計氣溫,即空氣入口溫度
。
設計氣溫的選擇有很大的不確定性,有不同的選擇方案和選擇方法,此處推薦以當地 日最高氣溫的年平均值
T
a
作為設計氣溫。
當對介質的出口溫度要求不嚴格時,可在
K
基礎上乘以
1.05
的安全系數,例如,當
時,設計氣溫
;
當對介質的出口溫度要求較嚴格,即當大氣 溫度超過設計氣溫時,不允許介質出口溫度有較大幅度的提高,則應選取較高的設計氣 溫,即在最高平均氣溫
的基礎上乘以較大的修正系數,修正系數可取
1.
1 ~1.2,
例如, 當
幻時,設計氣溫
。
(3) 選擇空氣的溫升
。
即確定空氣流過空冷器的翅片管束后的溫升
。
溫升越大,空氣出口
就越高。在選擇溫升時,應保證空氣的出口溫度
低于熱流體介質的出口溫度,并與其 保持一定的溫差。
例如,空冷器熱流體的出口溫度為
50℃
,空氣的設計入口溫度為
=
25
℃
,選擇空 氣溫升
即空氣出口溫度為
,與熱流體的出口溫度保有
溫差。
(4) 空氣流量的確定。
當空氣的進出口溫度選定之后,所需的空氣流量
,
就可通過熱平衡式計算:
式中,
為空氣比熱容
,
。
(5) 迎風面空氣質量流速的選擇。
質量流速
的單位是
,
是指在單位迎風面積上,單位時間內流過的空氣 質量。質量流速的大小不但影響翅片管換熱系數的大小,也影響空氣繞流翅片管束時的 流動阻力和風機的動力消耗。根據設計經驗,一般選取質量流速值為
(6) 計算空冷器所需迎風面積。
迎風面積的確定對空冷器的設計至關重要,因為翅片管束就布置在迎風面積上。
(7) 翅片管束的尺寸及其數目。
如圖
4. 1.2
所示,設翅片管束的長度方向長為L,寬度方向長為W,則單個翅片管束 的迎風面積為
在迎風面積上需要布置的管束數目
,
并加以圓整。
(8) 翅片管參數的選擇。
包括:基管直徑,基管壁厚,基管材質,翅片加工方式,翅片高度,翅片厚度,翅片節距, 單支翅片管長度等。
(9) 翅片管束參數選擇。
包括:橫向管間距
,
,橫向管排數
,管子排列方式和縱向管間距。管排數目在
2~6
排之間選擇,一般選擇
4
排。
(1
。)傳熱面積計算。
以基管外表面為基準計算出單管傳熱面積,單管束的傳熱面積,總傳熱面積。
(11)
風機的選擇和參數。
在總的迎風面積上均勻分配若干臺風機,確定單臺風機的迎風面積和風機總數。
選擇風機參數:風量、壓頭、功率等,所選擇的風量應滿足或大于迎風面空氣質量流速 的要求。
以上各項參數大部分出于“選擇”或“給定”,是基于經驗的初步設計,下面將在此初 步設計的基礎上進行理論計算,并將理論計算結果和初步設計結果進行比較,或對初步設 計進行必要的修改。
理論計算的步驟如下:
① 翅片管管外換熱系數的計算。
② 翅片效率的計算。
③ 以基管外表面積為基準的管外換熱系數的計算。
④ 管內換熱系數的計算。
⑤ 管內外的污垢熱阻的確定。
⑥ 翅片管接觸熱阻的取值。
⑦ 傳熱熱阻和傳熱系數的計算。
⑧ 計算傳熱平均溫差。
⑨ 計算所需傳熱面積并與初步設計的傳熱面積進行比較。
⑩ 風機的流動阻力計算,并與風機特性進行比較。
?根據理論計算結果決定是否對初步設計結果進行修改,并對修改后的方案重復上 述理論計算。
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