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翅片管式換熱器總傳熱計算
采用平壁導熱計算公式,總傳熱計算方程:
二:翅片效率簡化計算前提
( l )翅片材料的導熱系數為常數;
( 2 )翅片厚度遠小于翅片高度與翅片寬度;
( 3 )翅基溫度、翅周圍介質溫度、翅表面與周圍介質的對流傳熱系數均為常數;
( 4 )翅端絕熱。
三:翅片管束的換熱和流動阻力
由于空氣側或煙氣側的換熱系數很低,因此我們一般采用翅片管。此外,當流體流過翅片管束時,須克服一定的流動阻力,因而會產生壓力降△P ,壓力降越大,說明消耗的動力越大。所以壓力降的計算也是一個應該關注的問題。
1 .流體繞流翅片管束時的管外換熱系數
換熱系數是指當流體流過固體壁面時,單位時間,單位面積,單位溫差時的換熱量。應注意,這兒說的單位溫差是指固體壁面和流體之間的溫差。換熱系數我們用 h 來表示,其單位是: W /(㎡.℃)。翅片管的排列有順排和叉排之分,由于順排和叉排時流體的流動狀態不同,因而其換熱系數的計算式是不同的。
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順排流動叉排流動所有翅片管束管外換熱系數的計算式都是由實驗得出來的,實驗中要考慮很多因素的影響,因而所得出的結果又叫實驗關聯式。不同研究者進行的實驗可能會得出形式上不同的實驗關聯式,但在同一條件下的計算結果應該是相近的。我們的任務就是選擇信得過的關聯式進行計算。
這里 Briggs和 Young 的實驗關聯式。他們曾對十多種環形翅片管束進行了實驗研究,所有的實驗管束都是叉排排列,管心距呈等邊三角形布置。其標準誤差在5%左右。下面只介紹對于高翅片管束的實驗結果:
式中,
df , db :翅片外徑和基管直徑;
Y , H :翅片間隙和高度;
入,μ和 Pr 分別為流體的導熱系數,粘度系數和普朗特數。
根據流體溫度查流體物性表得到;式中的 Gmax 是流體在窄截面處的質量流速,單位是 Kg /(㎡.s) . 所謂窄截面是指相鄰兩翅片管之間夾縫中的截面。由上式可知,影響換熱系數 h 大的因素是流速,與 Gmax 的0.718次方成正比。如何應用這一關聯式進行計算,后面將通過一個例題加以說明。
2.流體繞流翅片管束的流動阻力
Robinson 和 Briggs 對十多種叉排環形翅片管束進行了等溫條件下的流動阻力測試。實驗范圍是:
上式中, K 是縱向管排數, f 是摩擦系數,是一個無因次數。對于按等邊三角形排列的管束,由下面的實驗關聯式計算:
由上兩式可見,影響翅片管束壓力降△P的主要因素是:
是流速,與Gmax的2-0 .316 =1 . 684次方成正比;
第二是管間距,幾乎與 Pt 的一次方成反比。
所以,為了降低阻力,可以選用較大的管問距和降低流體的流
翅片管的傳熱過程
這兒講的“傳熱”不是通俗的對傳熱現象的一般稱呼,而是一個專有名詞。傳熱的定義是:熱量從熱流體經過管壁傳給冷流體的過程。如下一小節的附圖所示。傳熱過程由三個分過程組成:過程1:
熱量Q(W或KW)由熱流體傳給管壁(管內壁),這一過程屬“對流換熱”,其對流換熱系數為hi (W/(㎡·oC))。(此后,角標“i”代表“內部”,角標“o”代表“外部”,而角標 “w”代表管壁。),這一對流換熱過程對應的溫差為(Ti-Twi),此處,Ti為管內流體溫度,Twi為管內壁溫度。
過程2:熱量Q從管子內表面傳給管外表面,因為熱量是在固體內部傳遞,這一過程叫“導熱” 或“熱傳導”。此過程對應的溫差為(Twi- Two)。
程3:熱量Q從管外表面傳給管外冷流體的過程。這一過程屬“對流換熱”,對應的溫差為(Two- To), 其對流換熱系數為h o . 應當指出的是,此處,Two是基管的外表面溫度,因此,ho是以基管外表面積為基準的換熱系數。之前講述了翅片管外表面為基準的換熱系數h 的計算。兩個換熱系數ho和h的換算關系:ho= h×β×η
式中,β為翅化比,即加翅片后面積擴大的倍數;η為翅片效率,是小于1的數;
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