波节管换热器的设计

作者:滚球体育发布日期:2020-07-25 10:28

  一 牛} 节 能 维普资讯 - 3 · I 9 年 第 6期 95 波 节 管 换 热 器 的 设 Zl - - 东 北大学 郎逵 . TgJ 72 蔟丛卺 懑 管 翌 量 专 数 递 坟 礁 叶 礁 渡节 管 虽 然 有 优 越 的 性 能 , 以 使 渡 节 管 可 式中 与 广 热 侧 介 质 与 冷 佣 介 质 的 换 热 换 热 器 有 一 系列 的优 点 。 整 体 性 能 超 过 现 用 在 的各 种换 热 器, 这 是 指合 理 的设 计 的 结 果 . 但 对换 热 器 来 讲 , 热 臂 是 硬 件 , 计 是 软 件 , 换 设 合 系数, / W m ̄:或 ka/ h℃ ; cl m ̄ e 与 e 热 侧 与 冷 侧 的污 垢 系 数 , 一 W 加 或 k a/ h℃ ℃ cl m: 一 ; 理的换热 臂为实现高性能换 热器提 供了硬件基 础 , 优 良的设 计 是 保 证 换 热 器 有 高 性 能 的 软 而 件条 件 , 者缺 一 不 可 . 为 补 充 。 两 互 壁 的 导 热 系数 W 2 或 k a/a ' nc c la C;  ̄h 壁 厚 h· ; 6 I ( + 一 b s 一 6 l 传 热 系 数 的优 化 渡节管换热 器换热量的计算 式为 : Q=AKAt () 1 卜 ( e +e ·e 。 由式 可 知 : 是 由 三 个 比值 所 确 定 的 , 值 最 佳 K K 值判 据是: : : 式 中 Q一 换 热 器 的 换 热 量 , 或 k ̄/ ; w e h A· 换 热 器 的 换 热 面 积 ,m; At 对 散平 均 温 差 , - ℃ k c ℃ . 坐 at ( 3 1 ; jr as l一换热器 的传 热系 数, ∈ w衄 或 ℃ 其 中 K 可 写成 : 通常 。 s较 r与 t 一 个 散 量 级 以 上 , 可 以 忽 小 常 略. 对 渡 节 臂 换 热 器 而 言 , 于 口 由 与 较 高, { 而 与 e 也 较 其 他 换 热 器 可 取 高 的 值 ( 这 是 渡 节 管 的 优 点 之 一 ) 即 使 如 此 污 垢 热 阻 仍 。 占 很 大 比 重 , 设 计 时 必 须 计 人 . 表 l是 在 { ={=10 0 / ℃ 条 件 下 不 同 计 算 法 中 K 00W m2 值 的 改 变 . 由 表 l可 知 : 垢 热 阻 忽 略 时 K 值 污 偏 差 为 5 % ~ 20 另 壁 热 阻 只 占 02 4 2 %, . 4~ 79 ,, KcC 鲁+c =旺 去 -亡 亡 h C h ++ + ( c = + 牟粤) 粤+ ‘h c 一 一 ^- ‘ (1 2 (+s ) r +t 许 多 情 况 下 可 以 忽 略 。 此 由 式 () 知 : 因 3可 在 =l ∞0 0 w ℃ ) 裹 1 污 垢系 数、 壁厚 与 K 值 的美 系 ( — K ℃ ) — 、 80 0 0 I∞ , O 。 0 o O。 珊 o2 34 48 4 0 60 80 1 ∞0 0 0 0 ∞ 10 0D 00 OO O 6 0 1O 4 ∞1D o 1O 8 o 0 ∞1O ,∞ I7 埘 a 2 39 2 3 计 ^ }垢 系 鼓 亏 20 m 7 2 3∞ 25 3 5 姗 37 叼 I 87 17 不计 ^t 垢 系鼓 亏 上 两情况 K 的差值 ( %) -E mm 苗 - 蔫丑 占 K 的 比值 ( S l %) - .m 0f  ̄黛 铜龠 臣 占 K 曲 比值 ( a %) j 帆 峒 热丑 占 K 的 比值 ( %) 26 蛐 40 44 4 8 66 0D 4 4 2 5 7 88 6 6 师 I I0o II I 1 t I 66 O 0 1l 1 3 11 2n 2 3 7. 0 o Z 2 3 5 _ 6 . ∞. B . B 1n 1 t I 3 8 6 0 E 5 2O B 6 9 8 3 4I . 44 5 6 6 . 2 8 2I 2 2 5 5 5 5 3 B B B l 丘 9 酊 7 2 7 . 3 田 7 4 . 9 2 25 加 . B ∞ 3 国 5 1 3 l 6 7 柚 3 9 瑚 ^I . 7 3 4 1 n9 04 06 3 , , 4 4 啦 ‘ 也 8 n3 0 3 仉 2 o B 2 2 D 3 3 - 3 维普资讯 19 9 5年 第 6 期 节 能 t ·j 9· 即位 =C 警 条 件下 , 计 的 K 值 是 最 佳 值 . 设 . (a 7) ‰ t () 7 b 2 流 速 的优 化 波节管换热器具 有 自己的 特 点 , 流 速 的 在 优 化 上 与 其 他 换 热 器 不 同, 是 其 值 较 低 ( 一 即 节 能 型 > 二 是 管 内 外 流 速 与 管 内 外 污 垢 热 阻 ; 同时 进 行 优 化 . 式 (a , 7 ) 别 为 热 流体 与 冷 流 体 的优 化值 , 7 ) (b 分 在 此优 化 值 下 换 热 器 的 净 收益 为最 大 。 图 1中 p ≈ 05 。 , 9是 波 节管 换 热器 的 一 个 例 子 , 同条 不 件 时 的 口 值也 不 同 . - 由于 净 换 热 器 效 益 △Q 为 : . AQ=Q】 =AKAt VAP=fv rv 一 —C ,0= ̄ b ( ( : 一 , / \ / / 、 ’ () 5 V a a 即△高 一 xv Q , ̄ 0 T : x { 一 + ‘ ( 6 a ) (】 6 b 一 2 0 1 08 . 4 . 6 . ∞。 ●c 』 r m. V 式 中 T 一 由 A t j 换算 得 出的热 流体 热 常数 ; 圈 1 优 化 流速 图 x广 热 流体流阻常 数; ) 一 冷 流 体 流 阻 换 算 到 热 流 体 的 常 数; V 3 壁 温 的 设 计 壁 温 是 个重 要 量 , 与材 料 耐 压 、 用 寿 命 它 使 等 有 直 接 关 系 . 壁韫 虽 然 受 热 流 体 与 冷流 体温 T 一由AA换 得 的 流 薏 Kt算 出 冷 体 热常数 ; 度l 约束 , 所 但是 合理 的设 计 壁温 还是 很 有 意义 的 . 在 如 图 2的 传 热 圈 侧 中 , 于 在 稳 态 传 热 由 下: 口 一 — X- 冷流体 流阻常散 ; 。 热 流体流阻换算到冷流体 的常数: 口 口 一 热 流 体 与 冷 流 体 的 流 速 ( s; m/) m、 一 换 热 公 式 中 与 漉 阻 公 式 中流 速 的 n 指数 . 因 式 (a(b 有 6) 6 ) 些 0口: o 与些 0 o 故在 三 _ ; 处 △ Q o Q有最大值 其 曲 线 、 。 , 如图 l 所示, 同时 由 三 Q :0 . Q : 垒 . 与 苎_ o 一 △ 0 口b 0 口‘ 得 出: 囝 2 换热 臂削 面 图 维普资讯 ·4 · 0 节 能 1 9 年 第 6 期 95 强 袅 = : 其 中: = M c ( 8 ) 式 中 = + a( 一 + (1 1) M 表示 管 内外 换 热 强 度 比 . 一 为第 n级 的费 用 , ( ) 元 ; a一 第 n级 燃 料 费 用 系数 ( /g燃 料)  ̄ k V 一 第 n级 冷 流 体 体 积流 量 ( /) h; 一 式 () 关 系 , 8的 在 t确 定 后 如 图 2所 乐 . 由 h ■ 围 2可 见 : t与 t 确 定 下 ^ 仍 可 有 不 同 的 在 c h 值 , 值 由 M 值 而 定 , 与 ‰ , 有 关 , 可 由 其 M 。 即 第 n级 冷 流 体 比热容 (J n ℃ ) k/ ̄ r ' ; 皂一 第 n级 冷 流 体 出 口温 度 ( ) ℃ ; e一 第 n级 冷 流体 人 E 温 度 ( ) . l ℃ ; 热佣与冷佣 的换热强度决 定 t -. 对波节管而 言, 由于 : 管 内 流 : =00 8 5 c · 9 7 e ’ Qr一 料 低 位 热 值 燃 ( /g ; v  ̄ ) d 1 第 n级 热 效 率 ( ; 『一 %) b 第 n级 运 行 费 用 系数 ( / ) 一 元 ℃ ; ~ 管 外 横 向 流 = . 8 o3 6 2 一 ” H = 一 第 n级 的 转 移 费 用 ( ) 元 . + 引 用 哈密 顿 函数 H 写 成 …: 可 管 纵 流 0 8吾 外 向 : .9 ≈ 0 5 7 因 Dh D 有 : ≈ 故 横 向流 型 换 热器 : = ( 一一 ) z 啊 州 + (2 1) t41B( 鲁诅 c. +-p 6 ̄ RI . 3 1 - … 6 取: o- I ̄ I =0 攀 岳 鲁 鲁 ( 1 0 ) 拙 e “ (3 1) 顺 , 向流换热器 : 逆 根 据 式 (3 可 计 算 出热 流体 各级 出 入 E温 度 。 1) l = t c + ( -+ 5 换 热 器 峦 工 况 与 动 杰 特悴 换 热 器 的热 量 计 算 式 为 : 式 () (0 即为 t 与 流 体 热 物 性 , 速 问 的 关 9 , 1) - 流 Q =V h 一0= 一 q=V 一O=A 【一O - t 式 ( 4 可 写 成 行 列 式 形式 : 1) () 1 4 系, 为合理设计壁氇提出基础公式. 4 串级 换 热 器 温 度 设 计 在 工 艺 中 串级 换 热 器 的 设 计 是 合 理 选 择 各 级 的 出 E温 度 , 达 到 合 理 的 节 约 效 果 [ . 在 l 以 3 1 【+ 鬟 』 [: J 。 = : b [ l + 式 (5 的 计算 结 果 与 现 场 运 行 数 值 相 等 , 以 1) 可 作 为 计 算 机 控 镧 和管 理 的 基 础公 式 . 换 热器 的 动态 特 性 是 指 温 度 与 时 间 的 变 化 关系 : 串级 换 热 器 运 行 中 , 级 热 流 体 的 出 口温 度 值 各 影 响效 益 与费 用 , 经 济 上 考 虑 换 热 器 系列 运 从 行 的费 用 ( ) : Y为 , 。 维普资讯 19 年 第 6 期 95 节 能 · · 0 兰一…一 a T X u 睾 : + 一 ± u : 一 6 计 算 机 优 化程 序 ‘ 波 节 管换 热 器 计 算 机 优 化 程 序 如 图 6 示 所 图 中 zlZ 、 p为 壳 程 数 与 管 程 数 输 ^ 数 据 。 aT a X … 式 中 +— 0X 为顺流 , 一 a X 为逆 流 . 。 _ 。一 对 式 (6 进 行 拉 式 变 换后 整 理 为: 1) ) = P-P , 2 (7 1】 G ∞ 可 ( 1) B 式 (7 为逆 流 的传递 函数 , 1) 1) (8为顺 流 的传 递 函 数 , 图形 如 图 4 图 5 其 与 . 围 4 逆 流换 热器 动志 特性 围 6 计算机 优化 设 计方框 图 参 考 文 献 f 邮造 - 纹 强化 传 热昔及其 换 热嚣 的 优化 设计 管 道 技 术 1 】 波 S设 备 19 94 3 . 11 2 郎违 热 首 换 热 器 的 优 化 设 计 . 太 出版 . ̄4 东 1o . 【】 花 荚 朗 : 交 换 器 设 计 手 册 . 石 油 工 业 出版 1 8 3尾 热 92 . 付 尚信 . 连译 : 教 热 交 换 器 数 据手 册 . 械 工 业 出 版 郎 高 机 杜 . 97 [8 . 国 5 顺 流换 热 器动 态特 性 稠 桀昆 矗编 . 数学 物理方 { 人 民教 育 出版杜 苦. . 1 / 9" 9


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