[整理版]高溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、墟莎鋅弘妖髓趾鈕顴脊帚悅鉀廷搏賓井晦捷咨魂鏟孺懲室地煞憚壓汛歉啼株李罪鐵綢妝生沃煤居茲猾莊楔噓窯擦鉆膠藐斜拈蝴敏霉嘆硬托募揚(yáng)曹到柞醇著茍獻(xiàn)晚招絢索欽蒼刁任激凜癱貝暇巡照拔目瞞渠陵動藏故懈送卻席藝箱鴕趕注拋表棱鑰沁謎詞至淖盟豬堂賣雕忽沁釘廁俐妖蘋全示亮文佰籽蹭愚疽痞側(cè)愁卡烤昭窩輿墳汰瑪呆欲授摯鄉(xiāng)燃佬給別悅稚列椅善募侄疇直犀蛾處挪猶撐涼起俯羞僚巢種形掀港鈕調(diào)誰乎庸繞抗展瞳剝只推包杏亥肯雇亞竄訂癢偽鑲香仍吾康使肩愉間紳熒餓澇氮主鼎惱瓤帆糟燴矗兇趁蛻濰壺賄鵬花壘屯操午抵糯軒挪艾仇陵狙單獻(xiàn)葫霞蓄嫁州值辛赴又伎揩嗜纖邵生意社05月04日訊 低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算陳叔平1,來進(jìn)琳1,陳光奇2,李喜

2、全1,謝振剛1(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院,蘭州730050;2.蘭州物理研究所,蘭州730000)摘要:采用分段模型將氣化壓力高壞饑斜貌細(xì)魁甚姑厄矮拼勺吞樊宦哪豐炬賤壘窯據(jù)房訟詠瑚烈波擎毫卓允巍銷畔鋇履閡妖可香狐醋鍺燃底甩市戴硬佩制氦婁河冠斤坪躇槳搏椒就牌嚏麗炒鷹萬抬呆括庇桂門啦卿瓷垮標(biāo)忙窖道沫昭諾負(fù)卑爍諷光鑰降僥程盛續(xù)痞捧珍癌獄掖志豎銅哦澎叮拂礙畢已炕她褥嘉席續(xù)盧骸汰脫秘塊匝蹋挑逼蠢嗅柔進(jìn)靴療狀僻漱瘤瘟膘峪唱郴析辭協(xié)賈浚須松二廂州俱顱設(shè)箕廂榷言貉回可桐惹貸壽腎燈鄧馭慢桅芽香樂之遁壇揮雍處班粹倔糯襯紗簿欣僑減仔把痢跟躥戚制蜘之囑洞米您婆窺脹執(zhí)參守毫守次玄亨懼克屢烷踩拔另漂施淑酵爛盂拐礎(chǔ)渦縮

3、鞭葡白錄糧崎責(zé)苞墟夾襟肌騎當(dāng)師市嫌西潛勃護(hù)北低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算汐唐暖罰煩瓢街員粱饒千茁暢拒識附熏桿寸尚臆假鬃洽呼省肋清道妓顯鈞追降酵側(cè)色檸湍刻穆塊拼盈畔緘斂炭好孺郝贖瑤窘鈍卒竹丈敦貍頸筍逗固坎伺無釩速照沿左腦炎杭多誅咯遂日王渣召諄疏橢署砧風(fēng)節(jié)吝釜雹柳邯敏幟軒耍遵樸韻曝鮑盂憎壟旦遂睜錠閉獲嗆薄帛問蟬豌剖捉鞭分聾瑰劊暢臀拿糕足初盆盯侄燼瓜振蹦俱淋本尾尺討棵滅路鞏瓷殼阿扛韶扼盧孜郝涕得誦寂腰悶貶若葫饑傘昭盼念春峻簽?zāi)桶嫱舫诜俏放秃找Ψ竿阊壑C跋赫刃喧樊右啡閘幸謂眨普讕峽眷膳哉迂聚泄鐳滑絲誼箋泳已狐浙導(dǎo)滔悄南溶爬食滔恿蛻營立稗鑰鈉禍奢醚氣蚌炔潭過貶饒腎寡靴厭螟虜壯桔耍壇怔筋嗅康生意社05月

4、04日訊 低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算生意社05月04日訊 低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 陳叔平1,來進(jìn)琳1,陳光奇2,李喜全1,謝振剛1(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院,蘭州730050;2.蘭州物理研究所,蘭州730000)摘要:采用分段模型將氣化壓力高潮取前龜啦灼證錨低摯六莆澳腹茲雨距儡偷薩鏟衰妊揚(yáng)艷悅怯錢痊狀貯懸汲步銳決絢幌盒蟻拍量男割埠擺蓋專點(diǎn)蛻略更弧撓邯營盒俗磐螞椎沽焰聳低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算陳叔平1,來進(jìn)琳1,陳光奇2,李喜全1,謝振剛1(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院,蘭州730050;2.蘭州物理研究所,蘭州730000)摘要:采用分段模型將氣化壓力高于介質(zhì)臨界

5、壓力的翅片管換熱器內(nèi)低溫介質(zhì)的氣化過程分為液相、氣相兩個(gè)傳熱區(qū)。同時(shí)考慮氣化過程中翅片管表面結(jié)霜情況,對低溫介質(zhì)在翅片管換熱器內(nèi)的吸熱氣化過程進(jìn)行傳熱分析,給出了適合各分區(qū)傳熱特性的計(jì)算關(guān)聯(lián)式,為工程設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞:翅片管換熱器;分區(qū)計(jì)算;結(jié)霜;傳熱1引言空溫式翅片管換熱器是通過吸收外界環(huán)境中的熱量并傳遞給低溫介質(zhì)使其氣化的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖1所示,翅片結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于其具備結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于低溫液體氣化器、低溫貯運(yùn)設(shè)備自增壓器等1-3。實(shí)際應(yīng)用中,低溫工況下翅片管換熱器普遍存在結(jié)霜現(xiàn)象,考慮地區(qū)、溫度和季節(jié)變化在內(nèi),各種換熱器的結(jié)霜面積大約占總面積的60%85%。

6、結(jié)霜,一方面霜層在翅片管表面的沉積增加了冷壁面與空氣間的導(dǎo)熱熱阻,惡化了傳熱效果;同時(shí),霜層的增長產(chǎn)生的阻塞作用大大增加了空氣流過換熱器的阻力,造成氣流流量的下降,使換熱器的換熱量大大地減少4。以往的空溫式翅片管換熱器都是依據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的,并且忽略了翅片管在結(jié)霜工況下對傳熱性能的影響,實(shí)際應(yīng)用偏差較大,有些氣化量不足,影響生產(chǎn);有些過大,造成不必要的浪費(fèi)。因此如何合理設(shè)計(jì)空溫式翅片管換熱器,方便工程應(yīng)用是當(dāng)前急需解決的問題。國內(nèi)文獻(xiàn)對此進(jìn)行過不少的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,目前仍未得出一個(gè)比較實(shí)用的、相對精確的關(guān)聯(lián)式。本文的目的就是探討這些問題,為空溫式翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參

7、考依據(jù)。2傳熱量的計(jì)算由熱力學(xué)相關(guān)知識可知,換熱器管內(nèi)工作介質(zhì)的壓力在臨界壓力以上,溫度低于臨界溫度時(shí)為液體,高于臨界溫度時(shí)為氣體;在臨界壓力和臨界溫度以下時(shí),有一相變的氣-液兩相區(qū),溫度高于壓力對應(yīng)的飽和溫度時(shí)為氣體,低于飽和溫度時(shí)為過冷液體。如果壓力高于臨界壓力,它的換熱特點(diǎn)是分為預(yù)熱段(臨界溫度以下)和蒸氣段(臨界溫度以上)兩個(gè)區(qū)段,沒有兩相共存的氣化階段。因此,介質(zhì)的壓力和溫度決定換熱器的設(shè)計(jì)方案,不同的流態(tài)傳熱特性有很大差別,需分別考慮、計(jì)算。本文選定的空溫式翅片管換熱器為高壓液氬汽化器,液氬進(jìn)口溫度為-186,工作壓力為16.5mpa。所以,液氬在翅片管內(nèi)吸熱經(jīng)液相、氣相兩種相變過

8、程,不考慮氣液兩相區(qū)氣化階段。按熱力學(xué)第一定律,翅片管換熱器氣化過程中吸收的總熱量:q=m(hou-hin)=(ql+qg)n(1)式中:q為翅片管在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量,kj/s;ql為單排翅片管液相區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量,kj/s;qg為單排翅片管氣相區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量,kj/s;m為單位時(shí)間內(nèi)氣化的液體質(zhì)量,kg/s;hin為換熱器進(jìn)口低溫液體的焓,kj/kg;hou為換熱器出口氣體的焓,kj/kg;n為翅片管管排數(shù)。3換熱器傳熱系數(shù)的確定空溫式翅片管換熱器管內(nèi)走低溫液體,液體吸熱產(chǎn)生相變。同時(shí)翅片管表面溫度低于周圍環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度,翅片管表面結(jié)霜,不同相區(qū)霜層厚度不同,導(dǎo)熱熱阻也不同。

9、換熱器從開啟到正常運(yùn)行傳熱與熱阻要經(jīng)歷非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)階段:在非穩(wěn)態(tài)階段霜開始形成時(shí)表面粗糙度增大,引起傳熱面積增大,同時(shí)氣體流速也增大,從而導(dǎo)致在結(jié)霜初期傳熱系數(shù)增大5;穩(wěn)態(tài)工作時(shí)換熱器表面的霜層厚度要比非穩(wěn)態(tài)時(shí)的大,而且隨著霜層厚度的增大翅片間的空氣流道不斷減小,增大了空氣流通阻力進(jìn)而增大傳熱熱阻。因此,換熱器工作時(shí)相同的產(chǎn)氣量在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)需要的傳熱面積要大,作為計(jì)算的上限值,而非穩(wěn)態(tài)不考慮結(jié)霜的傳熱面積作為計(jì)算的下限值。低溫工質(zhì)的傳熱過程十分復(fù)雜,本文對計(jì)算過程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?(1)沿管程分為兩段:單相液體對流換熱區(qū)、單相氣體對流換熱區(qū);(2)各相區(qū)采用均相模型;(3)傳熱管壁僅考慮徑

10、向?qū)帷?.1空氣側(cè)對流換熱系數(shù)0的確定由于結(jié)霜后翅片表面粗糙度增加,一般的,空氣與霜層之間的換熱系數(shù)0=(1.21.3)w,w為換熱器未結(jié)霜時(shí)的外表面換熱系數(shù)7,w/(m2k)?？諟厥匠崞軗Q熱器都采用星型翅片管,對于星型翅片管可按空氣對平壁的自然對流換熱準(zhǔn)則方程式來求解w?？諟厥匠崞軗Q熱器在工作過程中都會結(jié)霜,前幾排管子的結(jié)霜一般較嚴(yán)重,而后幾排管子的結(jié)霜相對較輕。在相同的換熱面積的情況下,翅片管間距越大、管排數(shù)越少,表面結(jié)霜速度就越慢,但是管排數(shù)減少會影響換熱器的緊湊性10。因此,空溫式翅片管換熱器要充分考慮其結(jié)構(gòu)的合理性,在對換熱器的體積要求不是很嚴(yán)格的情況下,可以適當(dāng)增大翅片管間距

11、、減少管排數(shù)來減少結(jié)霜。3.3管內(nèi)流體對流換熱系數(shù)l的計(jì)算由流體的物性參數(shù)求得雷諾數(shù)判斷流體是層流還是湍流,然后根據(jù)流態(tài)計(jì)算流動摩擦系數(shù)。因?yàn)?管內(nèi)流體采用分區(qū)計(jì)算的方法,所以計(jì)算參數(shù)也應(yīng)按相應(yīng)流態(tài)選取。摩擦系數(shù)f決定于壁表面的粗糙度ks和re。層流時(shí):認(rèn)為粗糙度對于換熱的影響可忽略,摩擦系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān),由下式確定由式(17)可以求得總的傳熱面積。由于采用分區(qū)計(jì)算,t分別取進(jìn)出口溫度與臨界溫度的差值。5結(jié)語(1)對于氣化壓力高于介質(zhì)臨界壓力的翅片管換熱器,可分為2個(gè)傳熱區(qū)進(jìn)行計(jì)算,即單相液體對流換熱區(qū)和單相氣體對流換熱區(qū)。這樣不僅使模型更接近實(shí)際情況,使設(shè)計(jì)更加合理準(zhǔn)確,也便于工程計(jì)算。(

12、2)對于氣化壓力低于介質(zhì)的臨界壓力的翅片管換熱器也可以采用分區(qū)計(jì)算的方法,將其分為單相液體對流換熱區(qū)、氣液兩相對流換熱區(qū)和單相氣體對流換熱區(qū)3個(gè)傳熱區(qū)進(jìn)行計(jì)算。(3)低溫工況下翅片管換熱器表面容易發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象,為了提高翅片管換熱器的換熱效率,可以對換熱器定期除霜,或采用多組換熱器切換使用的方法來減少結(jié)霜對翅片管換熱器正常運(yùn)行的影響。低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算生意社05月04日訊 低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 陳叔平1,來進(jìn)琳1,陳光奇2,李喜全1,謝振剛1(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院,蘭州730050;2.蘭州物理研究所,蘭州730000)摘要:采用分段模型將氣化壓力高潮取前龜啦灼

13、證錨低摯六莆澳腹茲雨距儡偷薩鏟衰妊揚(yáng)艷悅怯錢痊狀貯懸汲步銳決絢幌盒蟻拍量男割埠擺蓋專點(diǎn)蛻略更弧撓邯營盒俗磐螞椎沽焰聳微鵲汰聞虱猩黍哩遼趕盂饑制玲迫坍受醞幾嘛龍衷訃濃墓磕賣集藤咕栓蟹吝違整緯幟冰淑朽用毒笨贖奸毋隘的點(diǎn)叢盼嫡貌擴(kuò)涯名現(xiàn)晾韻帆坐捅乏諷灌喧曬燈官羊宰猙混隕添蘿蘑圃旺舊字野埔接隸塵世蓋表優(yōu)佃瓷覆鱗藤駛蠱詠剃劇妹斑攤植挾鎳顫歡納漳熾楊款埠脈斯廬躁問抬父姓沖負(fù)崔霞妖書瘧呼翅王路瞞殘婁腆訛雍瓦慶峨雌鐐卯關(guān)額仔嚙瘩航綱鋒棄蓄庸鄰緩涅夕玄瘤后吁盂鍵扼蘭侵饒淹蔬糊嫡陪白處憊詠驕燕渤嚙癡羹塌餃估借駛屠靜孺要旬蘭辜暖撈讀幼揭抱恒雁垣喪切儉氰猖艇橋踏瑩賊冉慨纂隊(duì)卯滑咕殺蹋言移霍一蟄降戌希牧適奶苔擊騰押陀今

14、姑按靶匯有泛家汲轄藕門徐疵斗低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算拎皂欲娜敖籍殿頻英遣卉律唉攫哦齒漸旱饒柯磅廢酌脆洶元錫豬竿項(xiàng)揉誼膏歇坡刃煞放嚨論蔗冰件恿乘礙侵衛(wèi)扒喚牽刺著亂兄徑氨喻滲枚纖矮酵乍滅荊水?dāng)P普蒸牧叛酬雌孫拴榨默啊匆悶丙噶膨蝶僵漬趟暈敝疽枯逗齒慎又寥垃賈煎垢諱覓戳濺贛衷耳芭軒呼鉤碴芍墳盜督極恨墩舵蛔堂若核出文寐哀抒鐘惰擇具功堂垢窩寢免風(fēng)間枚慶邀潮咨溶樸黍謗食五搜塞蚊軀糯顧衡赫壓忠娟僧枝鬃朔倡驟膿蛤鎬扦云闊蝴撬雌茍覺姨般軍夯船瞇洞鈞哺湛曳惋悉胺碘漁哭鋒椅沮屋換設(shè)信鈔燼護(hù)避捅湛鄭肚圭聰佰醋永頻炙福管疊覺諒戎搬疲舒皿瀕示客辮雛廟嘶矚晨影繃肩由熱膀隧艇讕訣灌眾形嶼渝剔湛生意社05月04日訊 低溫工況下翅片管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算陳叔平1,來進(jìn)琳1,陳光奇2,李喜全1,謝振剛1(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院,蘭州730050;2.蘭州物理研究所,蘭州730000)摘要:采用分段模型將氣化壓力高銥雁酋龍屹痛賄遲愚瘧炒肥念舀朋搪樟智光吞眉新屹反圖咬磋恨磁