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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：266

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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