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4.2單相流體空冷器的設(shè)計計算

日期：2022-01-07 09:08:18點擊：227

4.2單相流體空冷器的設(shè)計計算
42.1設(shè)計特點和設(shè)計方法
空冷器的設(shè)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(shù) 給定之外,其他都沒有給定，需要在設(shè)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(shù)選擇，風(fēng)量的選擇和確定，空氣入口溫度(設(shè)計氣溫)的選擇等。在大量參數(shù)選擇的情況下得出的設(shè)計結(jié)果，可認(rèn)為是初步設(shè)計結(jié)果，然后再根據(jù)這一設(shè)計結(jié) 果進(jìn)行精確計算，并與初步設(shè)計結(jié)果進(jìn)行對比或進(jìn)行必要的修改，修改后再重新設(shè)計計算。
空冷器的設(shè)計步驟如下：
(1) 根據(jù)管內(nèi)熱介質(zhì)的給定參數(shù)計算熱負(fù)荷(傳熱量)。
由熱介質(zhì)的進(jìn)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(shè)計氣溫，即空氣入口溫度

。
設(shè)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(dāng)?shù)?日最高氣溫的年平均值T_a作為設(shè)計氣溫。
當(dāng)對介質(zhì)的出口溫度要求不嚴(yán)格時，可在K基礎(chǔ)上乘以1.05的安全系數(shù)，例如，當(dāng)

時，設(shè)計氣溫

；當(dāng)對介質(zhì)的出口溫度要求較嚴(yán)格，即當(dāng)大氣溫度超過設(shè)計氣溫時，不允許介質(zhì)出口溫度有較大幅度的提高，則應(yīng)選取較高的設(shè)計氣溫，即在最高平均氣溫

的基礎(chǔ)上乘以較大的修正系數(shù),修正系數(shù)可取1. 1 ~1.2,例如，當(dāng)

幻時，設(shè)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(yīng)保證空氣的出口溫度

低于熱流體介質(zhì)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(shè)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(dāng)空氣的進(jìn)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(fēng)面空氣質(zhì)量流速的選擇。
質(zhì)量流速

的單位是

,是指在單位迎風(fēng)面積上，單位時間內(nèi)流過的空氣質(zhì)量。質(zhì)量流速的大小不但影響翅片管換熱系數(shù)的大小，也影響空氣繞流翅片管束時的流動阻力和風(fēng)機的動力消耗。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，一般選取質(zhì)量流速值為

(6) 計算空冷器所需迎風(fēng)面積。

迎風(fēng)面積的確定對空冷器的設(shè)計至關(guān)重要，因為翅片管束就布置在迎風(fēng)面積上。
(7) 翅片管束的尺寸及其數(shù)目。
如圖4. 1.2所示,設(shè)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(fēng)面積為

在迎風(fēng)面積上需要布置的管束數(shù)目

,并加以圓整。
(8) 翅片管參數(shù)的選擇。
包括:基管直徑,基管壁厚，基管材質(zhì),翅片加工方式，翅片高度，翅片厚度，翅片節(jié)距, 單支翅片管長度等。
(9) 翅片管束參數(shù)選擇。
包括:橫向管間距

,，橫向管排數(shù)

，管子排列方式和縱向管間距。管排數(shù)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(zhǔn)計算出單管傳熱面積，單管束的傳熱面積，總傳熱面積。
(11)風(fēng)機的選擇和參數(shù)。
在總的迎風(fēng)面積上均勻分配若干臺風(fēng)機，確定單臺風(fēng)機的迎風(fēng)面積和風(fēng)機總數(shù)。
選擇風(fēng)機參數(shù):風(fēng)量、壓頭、功率等,所選擇的風(fēng)量應(yīng)滿足或大于迎風(fēng)面空氣質(zhì)量流速的要求。
以上各項參數(shù)大部分出于“選擇”或“給定”，是基于經(jīng)驗的初步設(shè)計，下面將在此初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論計算，并將理論計算結(jié)果和初步設(shè)計結(jié)果進(jìn)行比較，或?qū)Τ醪皆O(shè) 計進(jìn)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(shù)的計算。
② 翅片效率的計算。
③ 以基管外表面積為基準(zhǔn)的管外換熱系數(shù)的計算。
④ 管內(nèi)換熱系數(shù)的計算。
⑤ 管內(nèi)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(shù)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(shè)計的傳熱面積進(jìn)行比較。
⑩ 風(fēng)機的流動阻力計算，并與風(fēng)機特性進(jìn)行比較。
?根據(jù)理論計算結(jié)果決定是否對初步設(shè)計結(jié)果進(jìn)行修改，并對修改后的方案重復(fù)上述理論計算。

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