换热器设计计算.ppt

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1、热交换器设计基础§1热设计的基本原理§2设计步骤§3计算结果的分析§1热设计的基本原理1.1热负荷和热平衡对一个换热设备来说，热负荷就是指换热量或传热量，即在单位时间内所交换的热量，单位是KW（KJ/S）或Kcal/h（千卡每小时），（1KW=860Kcal/h）。1.2计算热负荷应遵循下面几条原则1.2.1对用户给出的参数按“热流体侧”和“冷流体侧”进行分类比对序号热流体侧序号冷流体侧1热流体进口温度4冷流体进口温度2热流体出口温度5冷流体出口温度3热流体流量6冷流体流量Q=WⅠhot=WⅠcold①Q=(WCpΔT)hot=(WCpΔT)cold②W--

2、流体质量流量kg/hⅠ--流体焓值（kJ/kg）Cp--流体的比热kj/kg.℃hot--热流体cold--冷流体ΔT--进出口温度差℃进出口焓值，对于水和水蒸气而言，可直接查物性表，对于烟气和空气，若用户没有给出焓值的数据，则可按式②计算1.3热平衡这儿所说的热平衡是一个换热设备中冷热流体之间的热平衡，即热流体放出的热量=冷流体得到的热量有时还要考虑传热过程中的热损失，即热流体放出的热量=冷流体得到的热量+热损失一般，热损失小于5%，对于保温良好的设备，在设计中也可以不考虑热损失。1.4传热速率方程Qact=(A)(ΔTm)(1/ΣR)ΣR=(1/hi)o

3、+(1/ho)o+(Rf)o+(Rw)oΣR--总热阻A--传热面hi、ho--分别为两流体的传热膜系数Rf--两流体的污垢热阻Rw--金属壁面热阻ΔTm--平均温度差O--通常换热计算以换热管外表面为基准1.5传热率的估算Q实际≥Q校核1.6对压力降的限制条件(ΔPi)act≤(ΔPi)allow(ΔPo)act≤(ΔPo)allowΔP--压力降下标i表示管内下标o表示管外1.7传热温差的计算1.7.1冷流体逆流时的传热温差所谓逆流是指热流体和冷流体在传热面的两侧沿相反的方向流动，其温度变化曲线，如下图所示1.7.2错流和折流的平均温差△T交叉流=△T逆

4、流×ψψ是一个小于1但接近1的数值，可以由算式和相应图表确定§2设计步骤下面以翅片管省煤器设计为例说明设计步骤【步骤1】梳理用户给出的条件和要求，计算热负荷1废气来源燃料消耗量2废气性质含量、腐蚀性、含尘量、废气温度、废气压力3阻力要求引风机负荷大小、富裕压头4热量利用方式空气、热水、蒸汽5安装空间设备布置、标高6操作方式手动、自动7使用寿命有无特殊要求8除尘方式【步骤2】选定换热器的迎风面质量流速υmkg/㎡s如果对气体侧的阻力降没有特殊要求，建议选择默认值υm=3kg/（㎡s）；如果气体侧的允许阻力降很低时，建议υm在1~2kg/（㎡s）之间进行选择；如

5、果担心积灰比较严重，希望使气流本身具有一定的自吹灰能力，建议υm选4kg/（㎡s）【步骤3】选定翅片管尺寸规格及在迎风面上的管间距及管子根数和长度（1）   若设备热负荷较大，为了减少翅片管根数，可以选用较大直径的翅片管，如:(Φ51×3.5/90/8/1)，Pt=108mm（2）   对于空气冷却器，为了增大管内流体的流速和换热，经常习惯选用较小直径的翅片管，例如：(Φ25×2.5/50/5/1)，Pt=60mm（3）   根据积灰的可能性及严重程度，选定不同的翅片间距。【步骤4】计算翅片管的换热系数和传热系数由气体侧的平均温度查取相应物理值，如在省煤器中

6、，烟气侧的平均温度Tg=（1/2）×(T1‘+T1’’)℃依此查取烟气物性表中的下列物理量：*密度：ρkg/m³*比热：CpkJ/kg℃*导热系数：λw/m·℃*黏度系数：η㎏/mS蒲朗特数：Pr——计算翅片外表面为基准的换热系数h(w/㎡·℃)计算翅片管的翅化比β和翅片效率η计算以基管外表面为基准的换热系数ho=h×β×η计算传热过程的每项部分热阻，最后计算总传热热阻，并确定传热系数【步骤5】计算翅片管换热器的传热平均温差△T【步骤6】计算翅片管换热器所需总传热面积注1：此总传热面积是以基管外表面积为基准的总传热面积。即A所指的是基管外表面积的总和。注2：

7、选取安全系数=1.1~1.2，则实际应取的传热面积为上述计算值的（1.1~1.2）倍，即A=A计算值×（1.1~1.2）【步骤7】计算翅片管换热器的管子根数，纵向管排数，并最终确定换热器的纵向（即气体流动方向）尺寸及相应参数【步骤8】画出主要元件图〖步骤9】计算翅片侧气体的流动阻力△P最后确定：△P计算值<△P要求值若出现△P计算值不能满足设计要求的情况，需修改初始相关参数，重复上述各步骤的计算。【步骤10】计算翅片管换热器的总重10-1计算翅片管元件的单重和总重；10-2计算管箱及其他结构件的重量，一般取翅片管元件总重的30~40%10-3汽包，支撑和保温

8、需单独计重§3计算结果的分析目前，换热器计算常用的计