闭式冷却塔内换热盘管的热传递影响因素分析

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1、纺织空调除尘高效节能减排技术研讨会论文集闭式冷却塔内换热盘管的热传递影响因素分析任勤周亚素张恒钦东华大学环境科学与工程学院上海良机冷却设备有限公司摘要以管内流体热量传递为分析方向，研究影响光管管束盘管换热的不同因素，对管内流速、管壁导热系数、喷淋水密度及温度进行了分析讨论，并利用matlab做图显示各因素影响力趋势，得到不同因素的对换热过程的影响能力。总结了在今后光管管束盘管换热器的设计过程当中应该优先参考管内流速、喷淋水密度因素，同时可以忽略管壁导热系数因素，使得在以后的设计过程中能比较直接寻找到最优的结构及运行参数。关键词冷却塔传热盘管传热系数前言在实际工程应用过程当中，考虑到对冷却

2、流体纯度(流体中杂质含量)要求的逐步提高以及对环保节水的日益重视，闭式冷却塔广泛应用于能源动力、化工及空调和制冷等行业中。其主要的换热部件盘管的换热性能直接影响到整个换热器的工作效率，而传热系数K描述了换热盘管的换热性能，它由冷却水侧换热热阻、管壁和污垢换热热阻以及喷淋水侧换热热阻等串联构成。它的大小将直接影响盘管换热的优劣。在强化盘管换热的过程当中上述因素将如何对传热系数构成影响，以及影响力大小，将在本文中进行分析。1盘管热传递过程中影响因素的计算关联式的建立1．1盘管热传递过程分析闭式冷却塔的盘管热传递过程(取其中单管为分析微元)：从管内流体经对流换热传递到圆管内壁，经圆管内壁导热传

3、递到外壁，最后经喷淋水膜传递到冷却塔内部对流空气，并用空气将热量带出。考虑到在工程实际应用中由于流体中杂质的附着将在管内、外壁产生污垢，所以在分析盘管换热综合系数时管内、外污垢热阻也将计算在内，但是由于其形成原因复杂且热阻较难估计所以不列入影响因素分析过程当中，如图l所示。在换热盘管为光管管束的情况下整个换热过程以管外径为基准其综合传热系数与各部分热阻的关系为【l】r：．一一一』一．“立+，；生+生ln生+‘土h,414224。ho(1)其中hi为管内流体对流换热系数(W／m2．k)，ri、ro为内、外管壁污垢热阻(m2．k／W)，do、di盘管外、内管径(Im)，ho气管外喷淋水对流导

4、热热阻(W／m2．k)，九管材导热系数(W／m·k)。1．2各因素关联式的确定1)光管单管内强制对流换热系数，使用最为厂泛的关联式为迪图斯．贝尔特公式：74纺织空调除尘高效节能减排技术研讨会论文集图l单管热传递过程定性温度为进、出口两个截面平均温度算术平均温差(闭式冷却塔在标准工况下运行，冷却水参数为进12137。C、出12132"C)，定性温度取内管径di，普朗特数由定性温度查表，由努谢尔特准则^=Ⅳ．言，R=孚，其适用范围104～1．2×105，即o．732×10-2_

5、(3)2)光管管束外由喷淋水至上而下流动而在管壁外表面形成水膜，水膜的流动将带走部分盘管释放的热量，同时将剩余热量传递给塔内空气。管外壁与水膜间的对流传热系数由以下关联公式提出【21。九[9s。+-s．e＆。，(￡于(4)示中twr是喷淋循环水温度，r为喷淋密度(kg／m·s)。管外喷淋水作为循环用水，起到了很好的节水效果。在循环过程当中由于其经过盘管所带走的热量将在喷淋过程当中充分与空气接触达到良好的热交换，所以在本文中假设喷淋水与盘管接触时的温度总是相同的。．3)冷却盘管在运行中，由于冷却水、喷淋水中含有杂质，在管内、外壁面沉积附着形成结垢。由于污垢的成分、性质的不同，很难定量其精确

6、数值在计算过程当中常使用冷却水侧rj=1．76x10一(m2．k／W)，喷淋水侧yro=1．76x10。4(m2．k／W)口14)冷却盘管多由铜管制成，但考虑到其制造成本的提高和新材料的不断应用。本文将在管材导热系数方面考虑更广范围，比较其对整个盘管的换热影响。2各因素对换热量的影响能力分析综合传热系数受管内流速、管材导热系数、喷淋水密度及温度和内、外径影响。根据大量的试算结果，以及在盘管制造、使用的实际情况。盘管的管内流速范围在前文关于管内对流换热的论述中已经确定。通常情况下管材使用铜合金，在本文中为了测试其他种类材料盘管对换热效果的影响，将管壁导热系数范围扩大到：80,--一320(

7、w／m．k)。内、外径范围至O．01～0．03m。喷淋密度及其温度，考虑相关实验结果以及冷却塔实际运行过程当中室外空气湿球温度，将其范围分别设定为r—旬．Ol～0．1(kg／m·s)，tw广28℃～3l℃。75纺织空调除尘高效节能减排技术研讨会论文集利Matlab编程绘图，在其他因素不变的情况下，改变其中一个由此确定其对综合传热系数的影响情况(下文将用Ki眦鳓舶。表示)。2．1管内冷却液体流速对Kin忙鲥‰的影响假定盘管管内径分别为