热管换热器的设计计算.pdf

（淮南工学院职业技术学院化学工程系，安徽淮南232007）摘要: 从冷，热过程参数确定热管换热器结构参数的具体方法简介热流体进行热交换，从而设计出结构合理的热管. 设备. 关键词: 热管换热器；结构参数设计计算CLC编号: TQ051. 文件标识号: 商品编号: 1005 8370（2001）03 05热管换热器由若干独立的传热热管根据一定的排列组成. 热管和热管热交换器的传热特性决定了热管热交换器具有很多优点和广泛的适应性，因此热管热交换器的应用非常普遍. 以下是对热管换热器结构参数设计的简要介绍. 热管直径的计算热管的尺寸会​​影响热管的性能，即热管热交换器的性能. 对于单管的传热，管径越大，传热面积越大，单管的传热越多. 对于热管的传热阻力，随着管子直径的增加，管外的散热系数. 如果减小，则应增加热阻（此项是热管传热的主要热阻），即不利于传热；对于热管的强度，在其他条件相同的情况下，管径越小，管子承受的力就越大. 压力越高，管径越小. 从以上观点来看，管径越小，热管热交换器的性能越好. 但是，管径的大小也直接影响管中流通面积的大小，从而影响热管的几个传热极限. 流的横截面对传热极限有两个最大的影响，一个是声速极限，另一个是传热极限.

声速极限的直径在热管的加热部分. 如果输入的热量增加到一定值以上，则工作介质的蒸汽流会在加热部分的出口达到声速，从而阻止蒸汽流. 由于这种现象而引起的热传递极限称为声音的速度极限（音速极限）. 对于以水为工作介质的热管，可以根据声速极限来计算热管的直径. 可以使用以下公式: ---声速极限传热，kW. 由于温度条件不同，ρ，γ值不同，因此也不同，应使用最大值. 在实际计算中，计算是根据两个条件进行的: 工作状态（由工作温度定义）和启动状态（从50开始启动时通常采用水工作介质）. 热管中液体的一部分，其直径从冷凝部分到蒸发部分受到限制，因为蒸汽流将被带到冷凝部分，因此蒸发部分将变干，蒸发部分会过热. 限制. 对于重力式无液芯热管，承载极限的管径可通过以下公式计算: 78Qent-承载极限传热，kW； γ———工作状态下工作流体的汽化热，选择kJ管径的步骤首先，以声速极限和承载极限为控制因子，计算出热管的最小管径根据管道的设计热负荷. 选定的管道直径必须大于两者中的最大值. 其次，根据现有设备的管径进行选择. 管径，管长与单管传输热功率之间的经验关系如表1所示. 在进行设计计算之前，可以根据实际情况从表1中估算出传热量，然后公式（1）用公式（2）检查管子的内径是否符合要求.

管径热管换热器设计计算，管长与单管传热功率之间的经验关系加热段长度（mm）单管传输功率（kW）（外径）（mm）500〜1000 16〜251000〜2000 25〜322000 〜3500 32〜60最后，强度计算用于检查所选管径是否满足强度要求. 管中可承受的压力与管径之间的关系可以表示为: 热端流体温度的饱和水蒸气压力为管中的最大压力. 当热端流体温度大于250 250时，水的饱和蒸汽压力为管道中的最大压力. 工作温度应小于200温度下的最大允许应力. 最大允许应力可从相关压力容器设计数据中获得. 经济长度比经济长度比是当热管的总传热阻力最小时热管的热端与冷端的长度比. 在该长度比下，对于相同的传热和传热温度差，热管的传热面积最小，因此称为经济长度比，L大于气体传热的90％气热管换热器. 电阻集中在管子的放热侧，因此上式可以缩写为---热流体和冷流体的质量流量，kg / /在计算中，需要首先确定. 因此，可以在估计后首先进行传热计算. K值可根据表2进行估算.K1和K2估算值与管外传热特性之间的关系传热特性从管外到管内的传热系数翅片管外的气体对流40外面的水对流管道2000〜3000管道外的有机对流500〜1000安全长度比每个热管在管道中都有其最高的工作压力，管道中的工作温度超过此温度是不安全的，即“爆管”容易发生.

当热端太长时，工作温度将容易升高并超过安全温度，因此，热端与冷端的长度比必须小于安全长度比. 安全长度比的计算如下-在管道中允许的最大压力下工作流体的饱和温度. 安全长度比率主要用于验证通过计算确定的长度比率是否安全. 工作介质的选择工作介质的选择应满足与热管材料和热物理的兼容性，以确保所选的工作介质在合适的温度范围内工作. 例如，将水用作工作介质时的合适温度范围是30-200. 热管中的工作温度通过以下公式计算: 热端和冷端热管的传热面积分别为m当液体为水时液体为有机流体时相变流体为水当相变流体为有机时壁温计算为了防止热管热端的露点腐蚀，热端外壁的温度必须高于热流体的露点一定值热端的外壁温度可以通过以下公式计算: W0-热管的热端的外壁温度10-热管的热管的外表面面积单根管道的末端，m--热末端的外部末端基于光管道的外表面积. 热系数，W /鳍片效率当在管道上传递热量时，热管道具有较大的热阻. 气体侧，通常使用添加鳍片的方法来增强传热. 添加散热片后，随着散热片高度的增加，其温度与热管壁的温度呈梯度关系. 当基于热管导光管面积来计算传热系数时，存在散热片传热效率的问题，即η值与诸如散热片的类型和安装形式的各种因素有关. 根据实际经验，计算传热系数时通常以导光管的面积为基础计算出约80％到86的细化率，因此将机翼比定义为精制后的热管与导光管的外表面面积之比用β表示，即系数α与供热系数α'之间存在一定的关系. 整个翅片管，即确定流向热管的流体的迎面质量流速（增大该值将减小热阻，并增加电阻降.

如果热交换器的电阻降不是控制因素，则可以选择更大的G值以增强传热；当电阻降是控制因素时，应选择较小的值以减小电阻. 此外，还应考虑管排数量的影响. 如果管道行数很大，通常应选择较小的G值. 对于气体侧，推荐的正面质量流量如表4所示. 对于气体-空气热交换器，热端和冷端的流速也应满足: 对于液体，因为阻力换热器中的压力下降通常不是主要的影响因素，可以根据流体的性质和实际要求确定周期. : 热管热交换器的电阻降要求的设计和计算. 例如，选择串联或横排，更改管间距，翅片高度，翅片比例等. 热管长度的计算选择热管热交换器热端（流体通常是气体）的上风速度，该速度可以基于实际的气体质量流量. 然后根据实际设计确定迎风面的宽度，即热管的布置宽度可以通过热管之间的距离和布置在迎风面上的热管的数量来计算，或者由实际需求. 然后，可以使用以下公式确定热管的热端长度sinθ（12）-热管布置的宽度m; θ-热管与流体流动方向之间的夹角，如果热管与流体流动方向垂直，则可获得冷量. 末端热管的长度此外，热管应穿过冷热流体分离器（分离器的厚度由冷热流体的压力差，开孔和腐蚀条件等决定），在计算热管的总长度时应考虑在内，即热管总长度传热计算热管的热阻包括流体和管外表面的热阻，热管壁的热阻，吸液芯的径向热阻，蒸汽在管道和轴中的径向传递热管换热器设计计算，流动的热阻等，其中管道中的蒸汽传递和流动的热阻相对较小.

对于没有芯的重力辅助热管，芯没有径向传热阻力. 这样，重力式无芯热管传热的比热阻主要需要考虑以下几个方面，即热端流体和管的外表面的热阻，管的热导率. 是λ，并且热管的内径和外径是: 末端光管的外表面）和总传热系数01（基于热端光管的外表面）使用以下公式计算: ———热管的外径和内径. 如果管壁污垢的热阻大，则需要添加上述三个公式后，可以使用安全长度比和经济长度比的计算公式来检查两个长度比，特别是必须确定安全长度比被检查. 利用总传热系数01，可以从传热方程式计算出热端导光管01的面积-从传热端导光管的外表面计算出的总传热系数-平均温度差为传热（根据通用换热器）这里不详细介绍冷流体和热流体之间的温差计算. 对于不同的工作条件，您可以参考相关的传热数据并使用相应的公式进行计算. 这里需要强调的是，α在翅片管和光滑管之间的计算差异较大，应该加以区别；对于具有叉状环形翅片管且垂直于翅片管的气流的换热器，对流供热系数α建议在管束外′按以下公式计算（标准误差约为5％）〜 16mm，075（17）对于高翅片管束，12〜41 mm，296（18）其中: α'———基于翅片管外表面积的供热系数[该关系定义为（11）]，H，δ————翅片间隙，高度和厚度，m； λ———管外气体的热导率，W / ————管外气体的普朗特数； μ————管外气体的黏度系数，Nmax ————最窄截面处的气体质量流量，kg /热管数的计算通过前面的计算，传热面积为获得热管的热端，由此我们可以得到所需的热交换器设计热管的数量（19）可以确定热管的行数和空气方向上的实际热管数根据管道的布置来确定流量，并根据实际设计需要确定管道间距.

可以从热管的实际数量和热交换器的热传递量Q获得单管的热传递量Q. 确定主要参数后，计算设计条件下的流体阻力，以确定阻力降是否满足要求. 如果电阻不能满足实际工艺要求，则在进行之前的计算步骤之前，应重新调整相关参数. 环形翅片状管束在气体周围的电阻降可通过以下公式计算: 流动方向的管排数； ρ-气体密度，kg / 18.93-热管的水平和垂直管间距，m； μ气体粘度系数，最窄横截面的N最大气体流量，kg / 12〜41mm. 如果使用串联，则电阻降大约是上述计算值的50％. 对于其他类型的翅片管或光滑管束的流体阻力，您可以参考有关管束外部的流体流动阻力的数据进行计算，或根据实际经验进行估算. 从整个设计计算过程可以看出，热管热交换器的参数相互影响. 在计算开始时，必须先估算一些参数（粗略计算），然后才能进行进一步的精确计算. 因为精确的计算是基于粗略的计算，所以从精确的计算中获得的每个参数都必须验证先前的估计值，以验证估计值是否接近于计算结果或彼此不冲突. 如果两者之间的差异较大或存在矛盾，则必须使用精算结果进行重复计算.

在确定热管的热端和冷端的长度和排列宽度以及纵向管排的数量之后，可以确定冷热流体的壳体. 在此应注意，应在结构上保护外壳，防止流体变形. 对于实际的热交换过程和材料，可以选择一些参数，选择之后可以选择经验. 例如，可以使用现有的管道来确定热管的直径. 可以在估算中选择最初使用或设计的热管热交换器的经验数据，以简化计算. 参考文献: 方斌，白文斌. 锅炉和窑炉用节能热管热交换器[苏打工业，2000

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