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4.2单相流体空冷器的设计计算

日期：2022-01-07 09:08:18点击：330

4.2单相流体空冷器的设计计算
42.1设计特点和设计方法
空冷器的设计计算与其他换热器相比，有很大的独特性:除了被冷却的热流体的参数给定之外,其他都没有给定，需要在设计的初期阶段作出选择和确定，包括:翅片管形式的选择,翅片管束的参数选择，风量的选择和确定，空气入口温度(设计气温)的选择等。在大量参数选择的情况下得出的设计结果，可认为是初步设计结果，然后再根据这一设计结果进行精确计算，并与初步设计结果进行对比或进行必要的修改，修改后再重新设计计算。
空冷器的设计步骤如下：
(1) 根据管内热介质的给定参数计算热负荷(传热量)。
由热介质的进口温度

,岀口温度

,流量

计算传热量

：

对单相流体,也可以按下式计算：

式中，頌"分别为热流体出口嬉值和入口焰值，

；喝为热流体的平均比热容,

₀
(2) 选择设计气温，即空气入口温度

。
设计气温的选择有很大的不确定性，有不同的选择方案和选择方法，此处推荐以当地日最高气温的年平均值T_a作为设计气温。
当对介质的出口温度要求不严格时，可在K基础上乘以1.05的安全系数，例如，当

时，设计气温

；当对介质的出口温度要求较严格，即当大气温度超过设计气温时，不允许介质出口温度有较大幅度的提高，则应选取较高的设计气温，即在最高平均气温

的基础上乘以较大的修正系数,修正系数可取1. 1 ~1.2,例如，当

幻时，设计气温

。
(3) 选择空气的温升

。
即确定空气流过空冷器的翅片管束后的温升

。温升越大，空气出口

就越高。在选择温升时，应保证空气的出口温度

低于热流体介质的出口温度，并与其保持一定的温差。
例如，空冷器热流体的出口温度为50℃，空气的设计入口温度为

=25 ℃，选择空气温升

即空气出口温度为

，与热流体的出口温度保有

温差。
(4) 空气流量的确定。
当空气的进出口温度选定之后，所需的空气流量

,就可通过热平衡式计算：

式中,

为空气比热容,

。
(5) 迎风面空气质量流速的选择。
质量流速

的单位是

,是指在单位迎风面积上，单位时间内流过的空气质量。质量流速的大小不但影响翅片管换热系数的大小，也影响空气绕流翅片管束时的流动阻力和风机的动力消耗。根据设计经验，一般选取质量流速值为

(6) 计算空冷器所需迎风面积。

迎风面积的确定对空冷器的设计至关重要，因为翅片管束就布置在迎风面积上。
(7) 翅片管束的尺寸及其数目。
如图4. 1.2所示,设翅片管束的长度方向长为L,宽度方向长为W,则单个翅片管束的迎风面积为

在迎风面积上需要布置的管束数目

,并加以圆整。
(8) 翅片管参数的选择。
包括:基管直径,基管壁厚，基管材质,翅片加工方式，翅片高度，翅片厚度，翅片节距, 单支翅片管长度等。
(9) 翅片管束参数选择。
包括:横向管间距

,，横向管排数

，管子排列方式和纵向管间距。管排数目在2~6排之间选择，一般选择4排。
(1。)传热面积计算。
以基管外表面为基准计算出单管传热面积，单管束的传热面积，总传热面积。
(11)风机的选择和参数。
在总的迎风面积上均匀分配若干台风机，确定单台风机的迎风面积和风机总数。
选择风机参数:风量、压头、功率等,所选择的风量应满足或大于迎风面空气质量流速的要求。
以上各项参数大部分出于“选择”或“给定”，是基于经验的初步设计，下面将在此初步设计的基础上进行理论计算，并将理论计算结果和初步设计结果进行比较，或对初步设计进行必要的修改。
理论计算的步骤如下：
① 翅片管管外换热系数的计算。
② 翅片效率的计算。
③ 以基管外表面积为基准的管外换热系数的计算。
④ 管内换热系数的计算。
⑤ 管内外的污垢热阻的确定。
⑥ 翅片管接触热阻的取值。
⑦ 传热热阻和传热系数的计算。
⑧ 计算传热平均温差。
⑨ 计算所需传热面积并与初步设计的传热面积进行比较。
⑩ 风机的流动阻力计算，并与风机特性进行比较。
?根据理论计算结果决定是否对初步设计结果进行修改，并对修改后的方案重复上述理论计算。

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