基于MUSE软件的板翅式换热器设计与应用.pdf

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1、化工机械2013年基于MUSE软件的板翅式换热器设计与应用夏龙。李艾华李庆辉李辉(第二炮兵工程大学)摘要介绍了板翅式换热器的基本结构和建模方法，运用MUSE软件对电站消烟降温系统所用板翅式换热器进行设计，给出了换热器最优设计结果和详细结构参数，并对其进行仿真研究。仿真．结果表明，换热器热负荷特性良好。通过消烟降温系统试验分析，经换热器降温后的烟气温度与外界环境温差远小于4℃，达到了换热器的设计要求，具有良好的实际应用价值。关麓词板翅式换热器MusE软件设计应用中图分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254-6094(2013)01J00

2、46_05电站消烟降温系统是消除柴油机电站排烟目标特征，降低国防工程暴露可能性的重要手段，主要由喷淋降温系统和能量回收器两部分组成，因此，能量回收器性能的优劣直接关系到系统的降温效果。板翅式换热器是一种传热效率高、结构紧凑、适应性强、轻巧牢固、经济性好的换热设备¨。，以板翅式换热器为核心构成的能量回收器，可以大大减小消烟降温系统设备的体积和质量。通常来说，板翅式换热器的设计主要依靠理论计算和设备试验，需要耗费大量的经费和时间，并且不能确保得到的结构形式是最佳的设计结果。MUSE软件是集成化的板翅式换热器设计工具，具有强大的设计、校核功能，利用

3、软件仿真代替反复试验过程，缩短了设计周期，降低了因重复试验产生的高昂成本，提高了换热器的设计效率。1板翅式换热器的结构板翅式换热器的种类繁多，但其结构单元形式基本相同(图1)，由隔板、翅片及封条等组成。在相邻两隔板之间放置翅片和封条，组成一个夹层构成通道。由一定数量的通道按一定的方式排列在一起的组件构成板束。将单个或多个板束根据流体的不同流动形式叠置起来钎焊成整体，即可得到常见的逆流、叉流和叉逆流式板翅式换热器的芯体。封隔板封条隔板图l板翅式换热器结构简图板翅式换热器的传热过程主要通过翅片来完成，仅有一部分直接由隔板来完成。由于翅片不像隔板可

4、以直接把热量传给冷流体，故翅片有二次表面之称，通常情况下，二次传热面积比一次传热面积的传热效率低。板翅式换热器的翅片选择应根据最高工作压力、传热能力、允许压降、流体性能以及流量等因素综合考虑。一般来说，如果高低温流体之间温差过大，宜选择平直翅片；若流体温差较小或流体粘度较大，宜选用锯齿翅片，以增加扰动，强化传热过程；如在传热过程中发生相变，多选用平直翅片或多孔翅片旧1。2模型方法2．1传热计算基本方程板翅式换热器的传热计算一般分为两种，一种是设计性计算，即通过初始给定的工作条件和·夏龙，男，1986年7月生，硕士研究生。陕西省西安市，7100

5、25。第40卷第1期化工机械47换热量，确定所需的换热面积；另一种是校核性计算，对已有的换热器进行核算和变工况计算，检验其能否达到换热器的设计指标。无论采用哪种计算形式，都需要传热方程和热平衡方程两个相同的基本关系式共同求解。2．1．1传热方程式传热方程的通用形式表示为：rQ=JK。△tdA(1)式中dA——微元传热面积，m2；K。——换热器任一微元传热面的传热系数，w／(m2·℃)；Q——热负荷，w；△t——微元面积传热面处的传热温差，℃。2．1．2热平衡方程式如果不考虑换热器在传热过程中散入周围环境中的热量损失，则热流体放出的热量应该等于

6、冷流体吸收的热量，此时热平衡方程式可以写成：Q=形l(tl”一tI’)=形2(t2’一￡2”)(2)式中t。’、t：’——冷、热流体的进口温度，℃；￡。”、t：”——冷、热流体的出口温度，℃；形。、耽一冷、热流体的热容量，w／℃。2．2传热计算方法换热器设计的传热计算方法主要有对数平均温差法(LMTD)和效率一传热单元数法(叼．ⅣrU)，两种方法都遵循热力学基本原理，即必须满足传热计算基本方程，说明了两者之间存在本质的联系和对应关系日1。2．2．1平均温差法在传热计算中，如果将微元面积上的温差△￡用平均温差△f。代替，通常情况下，换热器分析中

7、的传热系数变化不大，可以看作常数，则式(1)可以写成：Q=K△I。A(3)由(3)式可知，只要计算出△t。，即得出热负荷的值。在平均温差法中通常以逆流型的对数平均温差作为基准温差，用△t。．表示，则：饥。：丝≠堕(4)血。。=—竺一(4)ln竺堑△t．；。式中，△t⋯为换热器两端温差中数值较大一端的温差，△￡。i。为数值较小一端的温差。其他流向的对数平均温差可在逆流对数平均温差的基础上给予修正得到：△￡。=蚍t．I(5)其中，缈为温度修正系数。2．2．2效率一传热单元数法对数平均温差法主要用于换热器的设计计算。用于校核计算时，由于两种流体的出

8、口温度一般都是未知量，所假定的出口温度大小对于热平衡中的热量与传热量是否相符具有明显影响，而效率一传热单元数法中，出口温度对计算结果影响很小。效率一传热单元数法的关