热管换热器的设计计算

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1、万方数据2001年第3期王磊：热管换热器的设计计算39热管换热器的设计计算王磊(淮南工业学院职业技术学院化工系，安徽淮南232007)摘要：简要介绍由冷热流体换热的工艺参数确定热管换热器结构参数的具体方法，从而设计出结构合理的热管换热器。关键词：热管换热器；结构参数；设计计算中圈分类号：TQ051．5文献标识码：A文章确号：1005—8370(2001)03一003e一05热管换热器是由若干独立传热的热管按一定的排列方式所组成。热管及热管换热器的传热特性决定了热管换热器具有很多优点和广泛的适应性，因而热管换热器的应用很普遍。【11下面就热管

2、换热器的结构参数设计内容作一些简要介绍。1热管的参数计算1．1热瞥管径的计算热管管径的大小对热管的性能有影响，郎对热管换热器的性能有影响。对单管传热量来说，管径越大，传热面积就越大．单管传热量就越多；对热管传热热阻来说，随管径的增大，管外放热系数要下降，热阻要增大(此项是热管传热的主要热阻)，对传热不利；对热管的强度来说，在其他条件相同的情况下，管径越小，所能承受的管内压力就越高．管径小些有利。从以上看来，管径越小，热管换热器的性能越好。但管径的大小还直接影响了管内流通面积的大小，从而影响着热管的几项传热极限。受流通截面影响最为显著的传热极

3、限有两个，一个是声速极限，另一个是携带极限。1．1．1声速极限的管径在热管的加热段如果增加输入的热量超过一定值时，工质蒸汽流在加热段的出口处达到音速，便出现蒸汽流量的阻塞觋象。由此现象产生的传热量的界限称为音速极限(声速限)。对以水为工质的热管，根据声速限计算热管管径可用下式：也叫·64√币》n)式中：do——管内蒸汽流通截面的直径，m；“——管内蒸汽的密度，彰m3；只——管内蒸汽的压力，h；7——管内工质的汽化潜热，kjik；Q。——声速限的传热量．kW。由于温度状态不同，n、P-、y值不同，从而d．不同，应选用最大者。实际计算时分别按工

4、作状态(工作温度n见1．3所定义)和启动状态(水作工质一般取50℃时启动)两种条件进行计算。1．1．2携带极限的管径热管中从冷凝段回流到蒸发段的液体的一部分，由于蒸汽流的流动将被携带到冷凝段，因而造成蒸发段干枯，引起蒸发段过热，这一极限称为热管的携带限。’对重力式无吸蒗芯热管，携带极限舶管径可用下式计算：或=丘i焉篆i磊(2)式中：d。——蒸汽通道截面直径，Ill；Q。——携带极限传热量，kW；7——工作状态下工质的汽化热，Id／kg；脚、凡——工作状态下工质汽、液密度，kg／m3；口——工作状态下工质液表面张力．N／m；F——重力加速度，

5、-n／82。万方数据40纯碱工业1．1．3管径的选择步骤首先，以声速极限和携带极限作为控制因索j按照管的设计热负荷的1．5—2倍，由式(1)和式(2)来计算热管的最小管径，所选管径必须大于两者中的最大者。其次，参照已有设备的管径进行选取，管径、管长和单管传辖热功率的经验关系如表1。在设计计算之前，可根据实际情况由表1估计传热量口值及管径d。，再由式(1)和式(2)验算管内径di是否满足要求。囊1f径、f长与簟蕾传热功奉的经t关纛最后，由强度计算进行核算，看所选的管径能否满足强度要求。管内可承受的压力与管径的关系可表示如下：只=鱼删(3)式中

6、：a——管壁厚度。mm；[d]——许用应力，Pa；．d。——管外径，firm．；只——管内允许承受的压力，Pa。对碳钢管材，水为工质时，热端流体温度小于250。C时，取热端流体温度的饱和水蒸汽压为管内最大压力；热靖流体温度大于250。C时，取250。C时水的饱和蒸汽压为管内最大压力(工作温度要小于2006C)。为了安全起见，[a]取对应PT温度下的最大许用应力的÷。最大许用应力可以从有关压力容器设计资料中查得。1．2热蕾热簟与冷靖长度比的计算1．2．1经济长度比经济长度比是热管的总传热热阻为最小值时的热管热端与冷端的长度比。在此长度比下．对

7、于相同的传热量和传热温差，热管具有最小的传热面积，故称为经济长度比，以L烃表示。Le=皂=√等(4)2雹2√露(4’式中：L。、￡：——分别为加热段和冷却段的热管长j度，m；蜀、岛——分别为热端和冷端的传热系数(见2．3中所定义)，w／m2·K。对于气一气型热管换热器，90％以上的传热热阻集中在管外放热侧，因此上式可简写成耻后《=(瓮)““㈣式中：a，、a2——分别为热端和冷端的管外给热系数(见2．3中定义)，W／m2·K；肘。、^f2——分gq为热流体和冷流体的质量流量，kg／h。在计算时，需先确定￡烃，再根据传热原理求Kl、K2。为此，

8、可先估计K。、岛值，估算出L＆，再进行精确的传热计算。置t与如值可按表2估计。裹2墨、岛估计值与f外传热特性的关系外部换热特点从瞥井到蕾内的传燕秉麸K-(岛)洼：口为Bff,fl