重力熱管換熱器課程設(shè)計(jì)

重力熱管換熱器課程設(shè)計(jì)目錄第一章概述課題的背景國(guó)內(nèi)外熱管的應(yīng)用本課題主要研究?jī)?nèi)容第二章重力熱管換熱器的理論基礎(chǔ)重力熱管的工作原理重力熱管的組成重力熱管的基本特性第三章環(huán)肋管、直肋管、光管的傳熱計(jì)算煙氣及空氣參數(shù)的確定翅片管的應(yīng)用計(jì)算縱肋管的應(yīng)用計(jì)算計(jì)算結(jié)果匯總換熱器外形結(jié)構(gòu)圖熱管熱力計(jì)算設(shè)計(jì)程序經(jīng)濟(jì)效益比較第四章結(jié)論參考文獻(xiàn)附：

NFA：管束最小流通面積n：NFA：管束最小流通面積n：熱管數(shù)m：換熱器縱深排數(shù)E：迎風(fēng)面寬度B管排數(shù)a:蒸發(fā)換熱系數(shù)耳：肋片效率f0:肋化比1l：翅片長(zhǎng)度f(wàn)耳：翅片效率fd：翅片外徑f5:翅片厚度f(wàn)￡：管外污垢系數(shù)1h：管外有效換熱系數(shù)feSc：空氣側(cè)翅片間距f5c：空氣側(cè)翅片節(jié)距fQh：煙氣放出熱量f5h：煙氣側(cè)翅片節(jié)距fh：流體換熱系數(shù)hf屮：氣液阻斷系數(shù)1A：每米長(zhǎng)熱管管外總表面積HA：每米長(zhǎng)熱管的翅片表面積fS：橫向管子中心距U：總傳熱系數(shù)HAt：對(duì)數(shù)平均溫差mR:外部對(duì)流換熱熱阻c5：壁厚oAh：加熱側(cè)總傳熱面積Htc：冷空氣出口溫度2d：光管外徑oth：煙氣定性溫度f(wàn)第一章概述在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一。它可將大量的熱量通過其很小的截面積遠(yuǎn)距離的傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。近年來(lái)熱管技術(shù)飛快發(fā)展，特別是熱管換熱器在余熱回收方面取得了良好的效果。1.1課題的背景能源工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)，世界各國(guó)都把建立可靠、安全、穩(wěn)定的能源供應(yīng)保障體系作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略問題之一。隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)和人民生活水平的不斷提高，世界各國(guó)對(duì)能源的需求量急劇增長(zhǎng)。1997年全世界一次能源消費(fèi)量(不包括生物能)己超過130億噸標(biāo)煤，其中石油占39.1%，天然氣占23%，煤炭占27.6%，核電占7.45%。我國(guó)是世界上能源蘊(yùn)藏和能源生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)的一次能源生產(chǎn)居世界第三位，但人均能源占有量?jī)H為世界人均值的36%左右。節(jié)約天然資源和一次能源消費(fèi)已成為考慮一切技術(shù)方案的前提。因此，精雕細(xì)刻地研究節(jié)能理論和技術(shù)，是具有重大而深遠(yuǎn)的意義的。尤其是我國(guó)加入WTO后，加速工業(yè)管理體制從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌的進(jìn)程，今后企業(yè)將以其生產(chǎn)成本低廉從而造成低成本降能耗而在競(jìng)爭(zhēng)中取勝，無(wú)疑是至關(guān)重要的。國(guó)內(nèi)外熱管的應(yīng)用熱管的原理首先是由美國(guó)俄亥俄州通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司(TheGeneralMotorsCorporation,0hio,U.S.A)的R.S.Gauler于1942年在美國(guó)專利(No.2350348)中提出的。1962年L.Trefethen再次提出類似于Gauler的傳熱元件用于宇宙飛船，但因這種建議并未經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，亦未能付諸實(shí)施。1965年Cotter首次提出了較完整的熱管理論，為以后的熱管理論的研究工作奠定了基礎(chǔ)。Katzoff于1966年發(fā)明了有干道的熱管。干道的作用是為了給從冷凝段回到蒸發(fā)段的液體提供—個(gè)壓力降較小的通道，大大地提高了熱管的傳輸能力。年的蘇聯(lián)和日本的有關(guān)雜志均發(fā)表了熱管應(yīng)用研究方面的文章。在日本的文章中已有描述帶翅片熱管束的空氣加熱器，在能源日趨緊張的情況下，可用來(lái)回收工業(yè)排氣中的熱能。同時(shí)Turner和Bienenl提出了用可變熱導(dǎo)熱管來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制。Gray研究了一種新型熱管——旋轉(zhuǎn)熱管，這些發(fā)明都是熱管技術(shù)的重大進(jìn)展。年在美國(guó)出現(xiàn)了供應(yīng)商品熱管的部門，熱管的應(yīng)用從宇航擴(kuò)大到了地面。在熱管發(fā)展史上值得一提的是在橫穿阿拉斯加輸油管線工程中，應(yīng)用熱管作為管線的支撐，保證地面的永凍層，以滿足工程需要。該工程共使用了112000余根熱管，單根熱管的長(zhǎng)度為9—23m。1974年以后，熱管在節(jié)約能源和新能源開發(fā)方面的研究得到了充分的重視，用熱管組成換熱器來(lái)回收廢熱，并將其用于工業(yè)以節(jié)約能源。美國(guó)和日本在這方面所取得的進(jìn)展最為顯著。1980年美國(guó)Q?Dot公司生產(chǎn)了熱管廢熱鍋爐，日本帝人工程公司也成功地用熱管做成鍋爐給水預(yù)熱器，解決了排煙的露點(diǎn)腐蝕問題。之后，各國(guó)的熱管換熱器研制工作迅猛展開，回轉(zhuǎn)式、分離式等新的結(jié)構(gòu)型式相繼出現(xiàn)，并日趨工業(yè)化、大型化。我國(guó)自70年代開始，開展了熱管的傳熱性能研究以及熱管在電子器件冷卻及空間飛行器方面的應(yīng)用研究。由于我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，能源的綜合利用水平較低，因此自80年代初我國(guó)的熱管研究及開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能及能源的合理利用，相繼開發(fā)了熱管氣—?dú)鈸Q熱器、熱管余熱鍋爐、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐等各類熱管產(chǎn)品。由于碳鋼—水兩相閉式熱管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、制造方便，易于在工業(yè)中推廣應(yīng)用，碳鋼—水相容性的基本解決，使得此類熱管得以廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的開發(fā)研究發(fā)展迅速，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也十分活躍，從1983年起先后召開了六屆全國(guó)性的熱管會(huì)議。我區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，能源的綜合利用水平較低，因此我區(qū)熱管研究及開發(fā)的重點(diǎn)為節(jié)能及能源的合理利用，在煤化工及煤轉(zhuǎn)油行業(yè)應(yīng)用較多。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，熱管研究和應(yīng)用的領(lǐng)域也將不斷拓寬。新能源的開發(fā)，電子裝置芯片冷卻、筆記本電腦CPU冷卻以及大功率晶體管、可控硅元件、電路控制板等的冷卻，化工、動(dòng)力、冶金、玻璃、輕工、陶瓷等領(lǐng)域的高效傳熱傳質(zhì)設(shè)備的開發(fā)，都將促進(jìn)熱管技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本課題主要研究?jī)?nèi)容某鋼鐵廠欲利用熱管換熱器回收煙氣中的余熱用以預(yù)熱助燃空氣，本課題針對(duì)這一設(shè)想擬選用氣－氣整體重力式熱管換熱器，為了達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)根據(jù)三種不同外形的熱管設(shè)計(jì)了三種方案，分別是：煙氣側(cè)熱管外表面采用光管；煙氣側(cè)熱管外表面采用加大節(jié)距的環(huán)形翅片；煙氣側(cè)熱管外表面采用縱向肋片。對(duì)三種形式的熱管進(jìn)行熱力計(jì)算，編程對(duì)比，最后進(jìn)行綜合比較，作出最佳選擇。第二章重力熱管換熱器的理論基礎(chǔ)熱管是一種新型、高效的經(jīng)濟(jì)型換熱元件。世界上最早的一項(xiàng)熱管專利是1944年由美國(guó)俄亥俄通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的高格勒(R.S.Gaugler)以不太引人注目的“傳熱器件”的名稱提出來(lái)的。這項(xiàng)專利首次提出了有吸液芯的標(biāo)準(zhǔn)熱管，或稱現(xiàn)代熱管的原理，首次提出可以將熱量由上而下(依靠吸液芯克服重力回流冷凝液)進(jìn)行相變傳熱。但是尚未提出“熱管”的名稱。1963年，美國(guó)格羅弗(G.M.Grovre)獨(dú)立發(fā)明了高效導(dǎo)熱裝置，采用絲網(wǎng)式吸液芯，用不銹鋼作外殼，鈉作為工質(zhì)，正式提出以熱管為名，格羅弗因而被稱為現(xiàn)代熱管之父。由于熱管從它命名至今才30年，所以說(shuō)它是一種新型的傳熱元件。2.1重力熱管的工作原理兩相閉式熱虹吸管(Two—PhaseCLosedThermosyphon)又稱重力熱管，簡(jiǎn)稱熱虹吸管，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2-1所示。圖2-1熱虹吸管工作原理與普通熱管一樣，利用工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝來(lái)傳遞熱量，且不需要外加動(dòng)力而工質(zhì)自行循環(huán)。但與普通熱管所不同的是熱管管內(nèi)沒有吸液芯，冷凝液從冷凝段返回到蒸發(fā)段不是靠吸液芯所產(chǎn)生的毛細(xì)力，而是靠冷凝液自身的重力，因此熱虹吸管的工作具有一定的方向性，蒸發(fā)段必須置于冷凝段的下方，這樣才能使冷凝液靠自身重力得以返回到蒸發(fā)段。由于重力熱管內(nèi)沒有吸液芯這一重要特點(diǎn)，所以和普通熱管相比較，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉，而且傳熱性能優(yōu)良、工作可靠，因此在地面上的各類傳熱設(shè)備中都可作為高效傳熱元件，其應(yīng)用領(lǐng)域與日俱增，已在各行各業(yè)的熱能綜合利用和余熱回收技術(shù)中，發(fā)揮了巨大的優(yōu)越性。重力熱管的組成重力熱管(見圖2-1)的組成包括：熱管殼體、工質(zhì)。(1)熱管殼體熱管殼體是一個(gè)能承受壓力的、完全密封的容器，它的幾何形狀沒有特殊的要求，一般情況下為圓管形。熱管在工作時(shí)殼體往往需承受一定的壓力，但熱管在制作時(shí)需預(yù)先建立很高的真空，一般為102?10-2Pa,所以熱管殼體的任何一道焊縫都要經(jīng)得起高真空檢漏及一定壓力的嚴(yán)格考驗(yàn)，以確保完全密封的要求。因此熱管殼體一般用金屬材料制成。工作介質(zhì)工作介質(zhì)在熱管工作時(shí)起載熱、輸熱的作用，依靠其相變過程來(lái)完成熱管的工作循環(huán),殼體內(nèi)的介質(zhì)處于汽、液兩相共存狀態(tài)，由于熱管制作時(shí)的初始真空度很高，所以熱管內(nèi)汽—液兩相共存的工質(zhì)通常是飽和的，沒有也不應(yīng)有不凝性氣體。從熱管與外界的傳熱狀態(tài)來(lái)看，沿其殼體軸向可分為三個(gè)工作段:汽化段當(dāng)熱量自高溫?zé)嵩磦魅霟峁軙r(shí)，處于熱管加熱段內(nèi)的飽和液體隨即吸熱汽化變成蒸汽。傳輸段熱管與外界沒有熱交換的工作段。工質(zhì)蒸汽攜帶汽化潛熱流過這一段。凝結(jié)段蒸汽分子由汽化段經(jīng)中間傳輸段流向熱管的另一端，蒸汽在這里對(duì)冷源放出潛熱后重新凝結(jié)成為液體。根據(jù)上述基本工作原理，從熱管與外界環(huán)境的換熱來(lái)看，熱管可以劃分為加熱段、絕熱段和放熱段；從熱管內(nèi)部的工作過程來(lái)看，則可以劃分為汽化段、傳輸段和凝結(jié)段。不過這兩種劃分工作區(qū)段的方法是彼此對(duì)應(yīng)及完全一致的。熱管可以沒有絕熱段(傳輸段)，僅有加熱段和放熱段(汽化段和凝結(jié)段)。重力熱管的基本特性熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有以下基本特征。很高的導(dǎo)熱性熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽—液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力，與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可以多傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對(duì)而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限，熱管的軸向?qū)嵝院軓?qiáng)，徑向并無(wú)太大的改善(徑向熱管除外)。（2）優(yōu)良的等溫性熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。（3）熱流密度可變性熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的加熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。（4）熱流方向的可逆性一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力。因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。（5） 熱二極管與熱開關(guān)性能熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)。所謂二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相反的方向流動(dòng)。熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。（6）恒溫特性（可控?zé)峁埽┢胀峁艿母鞑糠譄嶙杌旧喜浑S加熱量的變化而變化，因此當(dāng)加熱量變化時(shí)，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但是人們發(fā)展了另一種熱管—可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低，隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。（7）環(huán)境的適應(yīng)性熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件變化而做成各種形狀，熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長(zhǎng)距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱。熱管既可以用于地面（重力場(chǎng)），也可用于空間（無(wú)重力場(chǎng)）。第3章環(huán)肋管、直肋管、光管的傳熱計(jì)算中溫?zé)峁軗Q熱技術(shù)是熱管應(yīng)用技術(shù)比較成熟的領(lǐng)域，有廣闊的發(fā)展前景。中溫?zé)峁軗Q熱器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮多方面的影響，比較復(fù)雜。但中溫?zé)峁軗Q熱器的設(shè)計(jì)主要集中在對(duì)熱管的選擇，并要求設(shè)計(jì)計(jì)算出換熱器需要的熱管總數(shù)，本章以具體工程實(shí)際為背景進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，最后給出了換熱器的結(jié)構(gòu)形式。煙氣及空氣參數(shù)的確定某鋼鐵廠欲利用熱管換熱器回收煙氣中的余熱用以預(yù)熱空氣，擬用氣－氣整體重力式熱管換熱器，原理圖如3-1所示：煙氣廢氣圖3-1熱管煙氣余熱回收系統(tǒng)原理圖提供的原始數(shù)據(jù)如下：煙氣流量：V=7000m3/h（標(biāo)況）排煙溫度：t=160?250°Ch 1h空氣流量：Vc=6500m3/h（標(biāo)況）選定煙氣出口溫度為t=120C，主要是為了充分利用熱量，應(yīng)盡量降低煙2h氣出口溫度，但過低的溫度不利于排灰，另外，還要考慮到低于120C時(shí)硫的腐蝕性較強(qiáng)。選定入口空氣溫度為t=20C,是根據(jù)一般情況下的環(huán)境溫度決定1c的。為了達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，本論文根據(jù)三種不同外形的熱管設(shè)計(jì)了三種方案，分別是：煙氣側(cè)熱管外表面采用光管；煙氣側(cè)熱管外表面采用加大節(jié)距的環(huán)形翅片；煙氣側(cè)熱管外表面采用縱向肋片。最后進(jìn)行綜合考慮，做出最佳選擇。以下僅選取其中的兩種方案作為設(shè)計(jì)計(jì)算的示例。煙氣側(cè)熱管外表面采用加大節(jié)距的環(huán)形翅片的方案已知參數(shù)：

煙氣流量7000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），排煙溫度160?250°C；助燃空氣流量6500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），空氣進(jìn)熱管換熱器溫度20Co其它參數(shù)：根據(jù)換熱器運(yùn)行的溫度范圍和技術(shù)要求，采用熱管換熱器，熱管為重力熱管并選用水為熱管工質(zhì)，管殼材料為碳鋼，翅片與管殼連接方式為高頻焊接。熱管參數(shù)為：光管外徑d熱管參數(shù)為：光管外徑d=38mm；o翅片長(zhǎng)度1=15mm；f翅片厚度5=1.2mm；f空氣側(cè)翅片間距：Sc=f空氣側(cè)翅片節(jié)距5c=5壁厚5=3mm；o翅片外徑d=68mm；f翅片型式為等厚度環(huán)翅片；4mm；煙氣側(cè)翅片間距：Sh=8mmf+Sc=5.2mm；煙氣側(cè)翅片節(jié)距5h=5+Sh=9.2mm；

fff空氣側(cè)每米熱管長(zhǎng)的翅片數(shù)n=15c=10005.2=192片/m；f ■f煙氣側(cè)每米熱管長(zhǎng)的翅片數(shù)n=15h=1000.；煙氣側(cè)每米熱管長(zhǎng)的翅片數(shù)n=15h=1000.；9.2=108片/mf ■fSfcSfh6lfdfd0di圖3-2翅片熱管外形結(jié)構(gòu)圖熱管換熱器管子排列形式為等邊三角形排列，如圖3-3所示，橫向管子中心距S=80mm；S=S=80mm。TLT設(shè)計(jì)計(jì)算：

導(dǎo)熱系數(shù)九h=3.82x10-2W/m?°C；f粘度卩h=23.6x10-6kg/m?s；f普郎特?cái)?shù)Pr=0.68（2）煙氣放出熱量QhQh=vh.ph.ch（〃_th）=329.4kW（注：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，ph取為1.295kg/m3。）fp21f（3）熱管傳至冷空氣側(cè)的熱量QQc'=329.4X（l-3%）=319.5kW （注：考慮熱側(cè)3%的熱損）（4）空氣實(shí)際吸收熱量QQc=319.5x（1-3%）=309.9kW（注：考慮冷側(cè)3%的熱損）空氣出口溫度“及對(duì)數(shù)平均溫差A(yù)t2m（1）冷空氣出口溫度tc（采用試算法）2Qctc=tc+ =1522 1Vc.pc.Ccfp注：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，pc取為1.293kg/m3）。f此時(shí)，空氣側(cè)定性溫度tc=此時(shí)，空氣側(cè)定性溫度tc=ftc+tc—1 2-20+1522°C=86C查得定性溫度下空氣的物性參數(shù)為定壓比熱二=1.009kJ/kg?°C;密度pc=0.986kg/m3;f導(dǎo)熱系數(shù)九c=3.09x10-2W/m?°Cf粘度卩c=21.3X10-6kg/m?sf普郎特?cái)?shù)Pr=0.6912）對(duì)數(shù)平均溫差A(yù)tmAt—At ocAt=i =93.87m AtInlAt2確定迎風(fēng)面管排數(shù)B（1）迎風(fēng)面風(fēng)速熱管換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一條重要的原則，即把迎面風(fēng)速（標(biāo)況）限制在2?3m/s的范圍內(nèi)，風(fēng)速過高會(huì)導(dǎo)致壓力降過大和動(dòng)力消耗增加，風(fēng)速過低會(huì)導(dǎo)致管外膜傳熱系數(shù)降低，管子的傳熱能力得不到充分的發(fā)揮。（2）迎風(fēng)面寬度E根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況（原煙氣通道為1.2X1.2m2）,并考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝位置（煙氣通道在水平面以下，為方便安裝、清灰以及維修等），需將熱管換熱器置于水平面以上，根據(jù)換熱器迎風(fēng)風(fēng)速限制條件，經(jīng)Ah=v/W，E=Ah/L計(jì)ex hn exh熱管換熱器迎風(fēng)面寬度E不應(yīng)大于煙道寬度，故取熱管換熱器迎風(fēng)面寬度E=0.8m。（3）管排數(shù)B已采用迎面橫向管子中心距S=0.080m，則迎面管排的管子數(shù)B為：TB=—=10.0,取B=10。ST（4）確定冷熱側(cè)長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、迎風(fēng)面風(fēng)速限制（取為2.5m/s）及冷熱側(cè)流量，計(jì)算出冷熱側(cè)各自的迎風(fēng)面積，最終取冷側(cè)熱管長(zhǎng)度 lc=1.00m，熱側(cè)熱管長(zhǎng)度lh=1.00m。取熱管換熱器中間隔板厚度為0.04m，則熱管總長(zhǎng)度為2.04m。求總傳熱系數(shù)uH（1）管束最小流通面積NFANFA=I（S-d）—2C5n）JbT0fff貝UNFAh=0.4m2,NFAc=0.35m2。(2)流體最大質(zhì)量流速gmax熱側(cè)GhmaxVhph 7000x1.295=/ /= =22.7x103kg/m2-h；NFAh 0.4冷側(cè)GcmaxVcpc 6500x1.293一一f1一 一24.0x103kg/m2-h。NFAc 0.353）求Ref熱側(cè)RehfGhd一max0一10153；卩hf冷側(cè)RecfGcd—max —11893.6。卩cf求流體換熱系數(shù)hhf對(duì)于流體橫掠肋片管束，采用原上海機(jī)械學(xué)院(現(xiàn)上海理工大學(xué))熱工教研室1981關(guān)聯(lián)并發(fā)表的公式：Nu=0.1887(0.8+0.1S/d)Re0&5Pr1/3(s/l)0.304fT0ffff貝：熱側(cè)Nuh一43.18nhh一Nuh九hf-:一43.41fffd0冷側(cè)Nuc一69.77nhc一NucXcf二56.73。fffd求翅片效率耳f熱側(cè)耳h=ih—=1.03;ffk5wf冷側(cè)耳c=1ci=0.88 。ffk5'wf查相關(guān)圖表得：耳h=0.73；耳c=o.76。ff6）求每米長(zhǎng)熱管管外總表面積AH每米長(zhǎng)熱管的翅片表面積A為AfAh

f?5fx1xn=0.57fm2/mAc=1.0078m2；m；每米長(zhǎng)熱管翅片間光管表面積Ar為Ah=冗d(1-n?5)=0.1039 m2/mffr0Acr=0.0919m2：m；每米長(zhǎng)熱管管外總表面積AHAh=Ah+Ah=0.6739 m2/mH frAc=Ac+Ac=1.0996m2/m。Hfr(7)求管外有效換熱系數(shù)hfe熱側(cè)hhfehh(Ah+耳h?熱側(cè)hhfe=fr f——f=59.62W/m2?。C；Ahhhc(Ac+Hc?Ac)冷側(cè)hh=fr f——f=44.26W/m2?。C。fe Ach(8)求總傳熱系數(shù)UH根據(jù)公式丄UHfeA根據(jù)公式丄UHfeAh—l+rhAh <2)-L+ Ah Ih‘yHPAh1l+Ah hci fe則有U=21.93W/m2?。C。H求加熱側(cè)總傳熱面積AhHAhAhHU?AtHmQc

=155m2。所需熱管數(shù)nAhAhn= h—Ah-lhh=229.7根，取n=230根。換熱器縱深排數(shù)mm=—=23,管子總數(shù)n=10x12+9x12=228根。B取24排，排列方式910910910910910910910910910910910910煙氣側(cè)熱管外表面采用縱向肋片的方案已知數(shù)據(jù)：Vh=7000 m3「h（標(biāo)況） 排煙溫度th=240°C1VcVc=6500m3./h（標(biāo)況）熱管d=38mm§=3mm

oo§ =1.2mmSc=4mmff§'=§+Sc=5.2mmfff°Ctc=20C1d=68mml=15mmffn=1/§c=1000「5.2=192片/mS=S=0.080mTL煙氣側(cè)考慮除灰方便，采用縱肋，沿氣流方向各有一條縱肋。l=15mm§=3mmf1f1設(shè)計(jì)計(jì)算：取V=2.5misAh=0.78m2取Ah=Ac=0.8m2sexexexlh=lc=1mEc=Eh=0.8mB=10根wh=2.43 m：swc=2.26msNN中間隔版厚0.04m，總長(zhǎng)2.04m。煙氣物性參數(shù)：th=240Cth=120Cth=180C12fh=1?09KJ/kg?Cpph=0.797kg/m3f

九h=3.82x10-2W/m?°Cf卩h=23.6x10-6kg/m?sfP=0.68-t-th)=329.4kWQh=Vh?ph-ch(thfp2肋化比：冗x0.038+2x(0.015+0.003)x2=1.55冗x0.038氣液阻斷系數(shù)：d/So0.0380.08=0.475最大流速：Pvrn-7000x1.295=7.5AA(1—屮)x3600p013600x0.571x1x0.8x(1-0.475)Re1~o10.5x0.03829.96x0.571x10-6=9624.7881.0估計(jì)20排u10.14C00.24R0.6820.14x1.04xI0,24x9264.7880.68=74.45N九：d=74.453.82x10-2=74.84(W/m?°C)u11o0.0382222=30.15(hh]2(——f—=九sI174.4527.3x0.003丿wfm=nf11th(mf)=30.15x0.015th(30.15x0.015)=0.9334x(0.015+0.003)x0.933+4x(0.015+o1冗x0.038+4x(0.015+0.003)=0.98加熱段管外放熱系數(shù)：a=a卩耳101101管外對(duì)流換熱熱阻：1R=-11R=-1 兀dlaP￡o11o11o1113.14x0.038x1x74.84x1.55x0.98x0.85=0.08673(C/W)（取管外污垢系數(shù)e=0.85）1管壁導(dǎo)熱熱阻：R2 2nR2 2nl九1wIn(d,/d)= InG8f32)=0.001002oi 2nx27.3x1(°C/W)管內(nèi)蒸發(fā)熱組：=0.00199aA315000x3.14x0.032x1取蒸發(fā)換熱系數(shù)a=50003W/m2?°CR=R+R+Re123=0.089722空氣側(cè)熱力計(jì)算同上一方案=9.22a=60.0302n02=0.8冷凝段管外放熱系數(shù)：aP02n202外部對(duì)流換熱熱阻R：Aa￡220.023642coo2 o2 2o223.14x0.038x1x60.03x9.22x0.8x0.95￡2=°.95In(d/d)=oi2冗x27xTn(38'32)=0.0010141=0.0015165管內(nèi)凝結(jié)熱管=0.0015165R=0.035x600050.035x6000ef5凝結(jié)放熱系數(shù)取a=6000W/m2?C所以放熱段總熱阻：R=R+R+R=0.0261725c5 6 7單根熱管總熱阻：R=R+R=0.11589tec核算所需熱管根數(shù)：換熱器對(duì)數(shù)平均溫差同上一設(shè)計(jì)At=93.87°CmW/根W/根=809.990.117535單臺(tái)換熱器所需熱管數(shù)：Q832.8x103N= = =394.4Q1363.4s3.2計(jì)算結(jié)果匯總綜合三種設(shè)計(jì)方案，宜采用第二種方案，即整個(gè)熱管采用等厚度