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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：222

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T_v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T_v；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，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T_v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。

表3.6.1傳熱系數

估算值

管外換熱特點	從管外至管內的傳熱系數
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。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。
6. 估算和結構設計
(1) 選擇換熱器傳熱系數

所選擇的傳熱系數是以氣體側基管外表面為基準的傳熱系數，作為第一次近似，

可由表3. 6. 2選取。

表3. 6.2傳熱系數

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算出來的:

式中，

為以基管外表面為基準的氣體側換熱系數;

為翅化比；

為液體側或相變側的換熱系數，取

；而長度比

取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目和縱向管排數。
7.精確計算
(1) 按冷熱流體的中點溫度計算傳熱系數，包括:氣體側換熱系數的計算，液體側或相變側換熱系數的計算，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，

為對數平均溫差。
對于氣-液型換熱器,

須乘以溫差修正系數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。

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