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执念
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2021-09-23 08:45:21 | 分类:默认分类 | 标签:

通道传热面积F

    

1 、当量直径 d e2、通道横截面积A对于每层单元,通道的横截面积为:芯体的 n 层通道的横截面积为:3、通道横截面积An 层通道的一次传热面积:n 层通道的二次传热面积:n 层通道的总传热面积:

 

传热设计计算

  

 1 、翅片传热效率和表面效率 

1 )翅片效率

取一个翅片间距的微小单元进行分析:

 

由于沿气流方向的翅片长度大大超过翅片厚度,所以翅片的导热可以作为一维导热处理。

根据翅片表面温度分布曲线,两端温度最高等于隔板表面温度 t w ,而随着翅片与流体的对流给热,温度不断降低,在翅片中部区域流体温度 T 。

 

可见,翅片效率就是二次传热面的实际平均传热温差和一次传热面传热温差的比值。

在忽略金属翅片厚度方向温度梯度的前提下,在截面和之间的翅片中,由于热传导所得的的热量为:

同时这段翅片与流体之间通过对流传热得到的热量为:

在假设传热过程稳定的前提下,有如下等式成立:

 

由解式可看出,操作时沿翅片高度温差是变化的,在翅片整个高度上平均温差可由解式根据中值定理求出:

根据翅片效率的定义,即翅片的平均温差与翅片根部温差的比值,得:

对于两股流板翅式换热器,当一个热通道与一个冷通道间隔排列时,根部温差对称,则θ 1 = θ 2 = θ 0, 并用定性尺寸表示,翅片效率η f 可以表示为:

 

翅片的定性尺寸是指二次表面热传导的最大距离,通道中的传热具有对称性时,在计算时可根据下图来确定。

  

2 )表面效率

板翅式换热器总的传热量等于一次传热面和二次传热面的传热量之和。

对于二股流换热器,当一个热通道和一个冷通道间隔排列时,可以表达为:

  

可以设想这样一个传热面 F 0= F 1 +F 2 和综合的表面效率η 0 ,板翅式换热器的总传热方程式可以写成:

由于 F 2 /F 0 总是小于 1 ,所以表面效率η 0 总是大于翅片效率η f 。同理,翅片效率η f 越高,则表面效率η o 也越大。

 

2 、翅片的传热方程式

翅片的传热方程和一般的换热器传热方程的差别仅在于考虑表面效率。

热流体的传热方程式为:

冷流体的传热方程式为:

在稳定传热情况下, 将上两式相加得:

 

式中:K h  对应于热流体痛点的总传热系数, W/m 2 .KK c 对应于冷流体通道的总传热系数, W/m 2 .K

 

两式中忽略了污垢热阻和隔板的导热热阻,考虑以上因素后,可分别表示为:

 

3 、给热系数的计算

1 )流体无相变时的给热系数

在板翅片换热器中,流体无相变时的给热系数,同样是通过实验研究最后整理成方程而求得的。

板翅式换热器中常用斯坦顿准数,其计算公式如下:

式中:α流体的给热系数, W/m 2 .KSt- 斯坦顿准数(无因次)C p 流体的定压比热, J/kg.K pr 普兰特准数(无因次)G 流体的制冷流速, kg/m 2 .s  j- 传热因子(无因次)

 

2 )液体沸腾侧的给热系数

有关板翅式换热器的两相流给热系数的计算过去所做的工作较少,只能使用单管的计算公式来近似计算冷凝、沸腾和多组分系统的给热系数。

所以液体在核沸腾时,其给热系数可以按照下式计算:

小标:表示液相,表示汽相。

4 、传热计算中的对数温差法和传热单元数法

1 )对数温差法

在换热器的设计中,通常存在两种比较常用的设计方法,即对数平均温差发和传热单元数法。

对数平均温差法的传热方程如下:

  

对数平均温差是换热器设计中经常采用的方法,对于并流和逆流换热器均可使用下面的平均温差计算公式: 

混流和错流流动的平均温差的计算要比并流和逆流复杂,但在附加一些简化的假设条件后,都可以用数学方法导出。

不过这些公式很繁杂,因而常将这些流动方式的流体进出口温度先按逆流算出平均温差,然后乘以考虑因其流动方式不同于逆流而引入的修正系数,即: 

式中:Δ t 1m 为按逆流方式计算得到的对数平均温差;

          Ψ为修正系数。

          Ψ值可以根据辅助量 P 和 R 查工程图表来确定。

 

2)传热单元数法

对于板翅式换热器,不仅流体流动形式较多,而且经常出现多股流同时换热,当通道排列不对称时,各通道的温度分布也不相同,因此对数平均温差计算也就十分复杂。

用传热单元数法可以得出各种情况下的换热效率与传热单元数的关系,而不必计算对数平均温差。

在假设流体流量、比热和给热系数一定,只有显热变化,无冷损的情况下,有如下方程式:

  

流体水当量 C 用右式计算: C=WC p

显而易见,小的流体水当量对应大的温度降:

 

再引入一个无因次量,即换热器效率,用    表示,其值为换热器内所利用的热量与给定初始温度下能从热流体中获得的最大热量的比:

 

求得 C min /C max 和ε后,根据流体流动形式查表得 N m ,然后可求得所需传热面积 F o ,完成设计计算;

利用换热效率公式用来验算冷热流体出口温度。

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