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Qingdao CONQINPHI Heat Energy Equipment Co。,Ltd
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翅片管換熱器的設計計算方法

來源:康景輝熱能設備日期:2018/12/06 09:26 瀏覽:

      在工業生產中,凡是用來實現冷熱液體熱量交換的設備,統稱為換熱器。而在低溫領域應用較廣的翅片管換熱器是眾多換熱器中的一種,它是在管的表面加裝翅片制成,對擴展換熱面積和促進湍流有明顯作用,無論對單相對流換熱器和相變對流換熱器都具有很大價值。

翅片管換熱器

      翅片管換熱器結構上由于用翅片管代替了光管作為傳熱面,使得傳熱能力加強,傳熱面積可增大2~10倍,傳熱吸水可提高1~2倍。同時結構緊湊便于布置,相對于相變換熱,可使換熱系數或臨界熱流密度及“惡化含氣量”提高。翅片管的另一個特性是結垢減輕,翅片管不會像光管那樣沿圓周或軸向結成均勻的整體垢層,沿翅片和管子表面結成的污垢在脹縮作用下,會在翅根處斷裂,促使硬垢自行脫落,這樣有利于長時間保持較高的傳熱性能。不過,翅片管的缺點是造價高,流阻大。

翅片管熱交換器

      翅片管換熱器因制造方法不同而使其在傳熱性能、機械性能等方面有一定的差異,在選型設計計算上也會有所差異。翅片管換熱器的設計計算主要從傳熱與阻力進行分析。

      1、 傳熱量的計算

      傳熱量的計算可由傳熱基本方程式求得:

      Q = K F ?t = K ? F ? ?t

      式中:

      F, F ?——分別為翅片管外表面積、翅片管光管外表面積,單位㎡;

      ?t——平均溫差,單位℃;

      K, K ?——分別為一翅片管外表面積即翅片管光管外表面積為基準的傳熱系數,單位W/(㎡.℃)。對于石油化工行業,習慣以光管外表面積為基準的傳熱系數進行計算,而電力行業,則習慣以翅片管外表面積為基準。

翅片熱交換器

      2、 傳熱系數的計算

      根據傳熱學的原理,在假設壁面溫度及換熱系數一致且不變的條件下和考慮到翅片表面傳熱面積增加,可導出計算傳熱系數的公式

      ⑴ 單層翅片管

      以光管外表面積為基準時,使用(公式一)

      以翅片管外表面(此外表面包括翅片面積及無翅部分的面積)為基準時,使用(公式二)

      式中:

      K o 、K f ——分別為一光管外表面積及翅片管外表面積為基準的傳熱系數,單位W/(㎡.℃);

      αi、αf ——分別以光管內表面積及翅片管外表面積為基準時管內側及管外側換熱系數,單位W/(㎡.℃);

      F o 、F i 、F f —— 分別為光管外表面積、光管內表面積及翅片管外表面積,單位㎡;

      λ——管材的導熱系數,單位W/(m.℃);

      β——翅化比,β= F f / F i ;

      η——翅片壁面總效率;

      F’b——以翅片根部直徑為基準的無翅片部分表面積,單位㎡;

      F’f——翅片管上翅片的表面積,單位㎡;

      L f ——翅片管長,單位m;

      F s,f 、r s,i ——分別為以翅片管外表面積及光管內表面積為基準的外側及內側垢層,單位㎡.℃/W;

      d o——光管外徑,單位m。

翅片管換熱器計算公式

      ⑵ 復合翅片管(指翅片與基管為不同材料時)

      以光管外表面積為基準時,使用(公式三)

      以翅片管外表面積為基準時,使用(公式四)

      式中:

      δf、δ——分別為外套的翅片管壁厚及基管厚,單位m;

      λf、δ——分別為外套翅片管及基管導熱系數,單位W/(m.℃);

      r c,b ——以基管外表面積為基準的接觸熱阻,單位m.℃/W;

      F b ——基管外表面積,單位㎡;

      d b——外套翅片管翅根處直徑,單位m。

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