HETA低温工况下翅片管换热器的设计

咱们都了解，低温工况下翅片管换热器遍及存在结霜景象，思量区域、温度和节令变动在内，各类换热器的结霜面积大略占总面积的60%～85%。结霜将添加导热热阻，影响传热效果。今日咱们就来研讨下低温工况下翅片管换热器的策画计划。

一：翅片管换热器组织

空温式翅片管换热器是经过汲取外界处境中的热量并通报给低温介质使其气化的设施。其组织如图1所示。

翅片组织如图2所示。由于其完备组织浅显、运转成本廉价等长处遍及运用于低温液体气化器、低温贮运设施自增压器等。

二：传热量的计划

由热力学干系学识可知,换热器管内处事介质的压力在临界压力以上,温度低于临界温度时为液体,高于临界温度时为气体;在临界压力和临界温度如下时,有一相变的气-液两相区,温度高于压力对应的饱和温度时为气体,低于饱和温度时为过冷液体。假使压力高于临界压力,它的换热特征是分为预热段(临界温度如下)和蒸气段(临界温度以上)两个区段,没有两相并存的气化阶段。

因而,介质的压力和温度决意换热器的策画计划,不同的流态传热性格有很大差异,需离别思量、计划。本文选定的空温式翅片管换热器为高压液氩汽化器,液氩入口温度为-℃,处事压力为16.5MPa。于是,液氩在翅片管内吸热经液相、气相两种相变进程,不思量气液两相区气化阶段。

按热力学第必然律,翅片管换热器气化进程中汲取的总热量：

三：换热器传热系数确实定

空温式翅片管换热器管内走低温液体,液体吸热造成相变。同时翅片管表面温度低于领域处境空气的露点温度,翅片管表面结霜,不同相区霜层厚度不同,导热热阻也不同。

换热器从开启到寻常运转传热与热阻要体验非稳态和非稳态两个阶段:

非稳态阶段。在非稳态阶段霜开端造成时表面粗拙度增大,引发传热面积增大,同时气体流速也增大,从而致使在结霜早期传热系数增大；

稳态阶段。稳态处事时换热器表面的霜层厚度要比非稳态时的大,况且跟着霜层厚度的增大翅片间的空气流道持续减小,增大了空气流畅阻力从而增大传热热阻。

因而,换热器处事时不异的产度量在稳态传热时须要的传热面积要大,做为计划的上限值,而非稳态不思量结霜的传热面积做为计划的下限值。

低温工质的传热进程极度繁杂,本文对计划进程实行了合适的简化:

(1)沿管程分为两段:单相液体对流换热区、单相气体对流换热区;

(2)各相区采纳均相模子;

(3)传热管壁仅思量径引导热。

总传热系数.

由于铝和不锈钢的导热系数深远于管外空气果然对流换热系数,因而,在理论策画进程中将(2)式中的δ1/λ1和δ4/λ4项略去,末了得:

1、空气侧对流换热系数α0确实定

由于结霜后翅片表面粗拙度添加,普遍的,空气与霜层之间的换热系数α0=(1.2～1.3)αw,αw为换热器未结霜时的外貌面换热系数,W/(m2·K)。空温式翅片管换热器都采纳星型翅片管,关于星型翅片管可按空气对平壁的果然对流换热规定方程式来求解αw。

2、霜层导热系数λ2的计划

探索声明霜层导热系数要紧取决于密度,但也取决于霜层的宏观组织,它是霜层组织、霜层内温度梯度引发水蒸气散布及凝华潜热释放和霜表面粗拙度引发涡流效应彼此影响的效果。今朝,运用最遍及的是底下这个导热系数关连式。

空温式翅片管换热器在处事进程中都市结霜,前几排管子的结霜普遍较严峻,而后几排管子的结霜相对较轻。在不异的换热面积的境况下,翅片管间距越大、管排数越少,表面结霜速率就越慢,然而管排数削减会影响换热器的紧凑性。

因而,空温式翅片管换热器要充足思量其组织的公道性,在对调热器的体积请求不是很严刻的境况下,能够合适增大翅片管间距、削减管排数来削减结霜。

3、管内流体对流换热系数α1的计划

由流体的物性参数求得雷诺数,判定流体是层流仍旧湍流,而后凭借流态计划活动摩擦系数。由于,管内流体采纳分区计划的法子,于是计划参数也应按响应流态采选。摩擦系数f决意于壁表面的粗拙度Ks和R。

层流时:觉得粗拙度关于换热的影响可粗心,摩擦系数仅与雷诺数干系,由下式断定

湍流时:由干系表中查得粗拙度后,由式(11)或简化式(12)、(13)计划湍流摩擦系数,关于已有的理论设施,能够用实践的法子测出流体相差口的压力降,凭借压力降和摩擦系数之间的干系式(14)求出湍流摩擦系数。对流换热系数的关连式如式(16)所示。

四：传热面积的计划

由式(17)能够求得总的传热面积。由于采纳分区计划,ΔT离别取相差口温度与临界温度的差值。

五：结语

1、关于气化压力高于介质临界压力的翅片管换热器,可分为2个传热区实行计划,即单相液体对流换热区和单相气体对流换热区。如许不但使模子更亲近理论境况,使策画加倍公道精确,也便于工程计划。

2、关于气化压力低于介质的临界压力的翅片管换热器也能够采纳分区计划的法子,将其分为单相液体对流换热区、气液两相对流换热区和单相气体对流换热区3个传热区实行计划。

3、低温工况下翅片管换热器表面浅显产生结霜景象,为了提升翅片管换热器的换热效率,能够对调热器按时除霜,或采纳多组换热器切换哄骗的法子来削减结霜对翅片管换热器寻常运转的影响。

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