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1、深冷技术1998年第2期板翅式冷凝蒸发器设计计算方法的研究.邵勇,,(杭州制氧机集团有限公司饭式换热器厂杭州良山门外东新路90号310004)摘要本文对以板翅式换热器为换热元件的空分设备用主冷凝蒸发器的工作原理、传热过程和温度分布进行了分析研究,提出了一种适合于电子计算机计算的传热设计计算方法。图。3表5参6:主题词板翅式冷凝蒸发器传热系数传热温差循环流量计算方法,、一月lJ青传热计算是一个比较复杂的过程现代电子空分设备中的冷凝蒸发器的作用是使下计算机的发展和应用为解决复杂的计算过程塔顶部的氮气和上塔底部的液氧进行热交创造了有利条件
2、。下面就板翅式冷凝蒸发器换,以实现氮气冷凝和液氧蒸发之目的。早的设计计算方法进行讨论,并提出计算机数。期的冷凝蒸发器一般采用管式换热器7()年学模型。,,代初随着板翅式换热器技术的发展板翅二、结构及工作原理式冷凝蒸发器在我国的空分设备中得到广泛,结构如图l所示换热元件为两股流的应用。,,铝制板翅式换热器B点为换热器底部D点,,,我国早期的板翅式冷凝蒸发器设计一为换热器上部L为换热器长度A点为液氧,直套用原苏联列管式冷凝蒸发器的计算方液面位置AB两点位置差△ZBA即为液氧液法,事实上仅仅只是一种估算。在80年代初NZ,我公司引进了林德
3、公司的空分技术后才采用林德公司提供的在特定条件下的经验方法、,进行设计计算这一经验方法虽然解决了,。特定条件下的实际应用问题但有其局限性在现代空分流程的不断改进、冷凝蒸发器使少,用条件改变的情况下仍采用某一特定条件图1主冷凝蒸发器结构下的经验方法来进行板翅式冷凝蒸发器设计,,是不太合理的。对于空分设备变工况下的冷柱高度换热器的一侧为饱和氮气冷凝氮,凝蒸发器的换热效率分析也缺乏必要依据。气从上部进人经冷凝换热成为液氮从下部,、,。因此寻找一种良好的适用于不同使流出冷凝时放出的热量通过隔板传给液氧,用条件下的板翅式冷凝蒸发器设计计算方另
4、一侧为液氧蒸发从底部进人的液氧吸收,。,法就显得十分必要板翅式冷凝蒸发器的氮侧放出的热量部分蒸发成为汽液两相流,,,,邵勇男1957年4月生1982年1月毕业于浙江工学院杭州分校深冷装置专业曾从事板翅式,,。换热器设计9年现任杭氧集团有限公司饭式换热器厂厂长高级工程师板翅式换热器产品荣获过机电部,。科技进步一等奖浙江省科技进步二等奖及杭州市科技进步一等奖等1998年第2期深冷技术,从上部流出。1靠其上下部密度差进行自然形式其换热器的3一毛段为氮气冷凝和液。,循环氧无相变换热C一D段为氮气冷凝和液氧三、传热过程分析沸腾蒸发换热。换热器
5、内部的温度分布如图,在换热器的一侧为氮气全冷凝过程。氮2所示,气PN:、进换热器的压力为其对应的饱和温四传热计算数学模型。,,N:主度为T经冷凝成为液氮依靠液氮的自重冷凝蒸发器设计时在保证其板翅式形成向下的流动。因此,可以近似认为氮侧换热器外面的筒体有足够的空间盛放液氧的,ZZNZ。,的压力不变即有PND一PNB一P如果把前提下主要是对其换热元件进行换热性能,。气氮作为纯质处理则气氮温度与液氮温度设计板翅式换热器的结构参数计算和物性,2::。,相等即T侧一TNB一几计算在许多文献都有详细介绍这里不再详,。、在换热器另一侧若设上塔下部
6、的气氧述下面就传热系数传热温差和液氧循环,。。压力为ATAP则其对应的饱和温度为液氧流量的计算方法进行讨论.,1在板翅式换热器外面的筒体内从上到下的传热系数,流动过程中虽然因液柱的影响使其压力增传热系数的计算方法应根据不同的传热,,,。B由于在这一过程中没有热量传人方式选择这里所选择的计算方法仅作参考加到PI,TA(1)从Nussdt2司推导得到的氮液氧在B点的温度T与A点的温度相方程压,。等因此进换热器的液氧为过冷状态从换气冷凝传热系数,····,需有枷2一19854为AN:热器底部进人的过冷状态的液氧一个〔可(/w,,阴),`3
7、(mZ·K)(无相变的换热过程使其温度升高到一定值]w/1),,。入,液氮导热系数n、K)才开始转变为蒸发换热式中W(/—,3设C点为液氧从无相变换热到沸腾蒸,液氮密度kg/m发换热的交界点(见图2),则液氧经过B一拜l—液氮动力粘度,Pa·S,—C段后由于液氧侧液柱静压和流动阻力的A换热器氮侧单位长度上的传热,,,—,Z存在使C点压力低于B点的压力设为cP面积m/m,N:,其相应的氧饱和温度为cT在C点液氧开始W液氮冷凝量kgs/,,—沸腾蒸发经C一D段后变成汽液两相流压(2)氧侧B一C段无相变传热系数,··3力降低到PD温度降低
8、到与D点压力相对应崛民~(C马J氏G)P/产·的饱和温)。mZK)(2)度lTW/(,·式中味液氧比热J(/kgK)-—,j,一二一传热因子由雷诺数eR·,(deG)/拼,Re一J因子曲从/介寸一一线上查得。,ed氧侧翅片当量直径m—
