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4.4.2变工况计算举例和分析

日期:2021-10-24 05:36:45点击:327

4.4.2变工况计算举例和分析
4.4.1试对例4. 2. 1的空冷器设计结果进行变工况计算,已知:热水流量

130 t/h = 36. 1 kg/s,热水进口温度 热水出口温度,空气流量Ga = 754. 3 kg/s,空气设计进口温度,空气设计岀口温度设计热负荷Q = 13 645. 8 kW,实取传热面积Ao = 1067. 64 m2o
变工况:当空气入口温度提至当地最高气温
和降至最低气温时,试
计算:
(1) 水的出口温度

(2) 空气出口温度

(3) 热负荷Q
计算依据:按“传热效率-传热单元数法”,因管内为单相流体,选用式(2. 12.6),(2. 12.7)和式(2. 12.9)计算,步骤如下:
水的热容量
空气热容量
热容量比较

 热容量比较
水的实际换热量为
水最大可能换热量为
 
(1)
时的变工况计算:
换热效率:
由式(2. 12.9)
 
 
计算传热单元数N,面积
。取设计值
 
代入式(2. 12.9)中,得 £ = 0. 806
 由其定义式,,进而求得变工况后的参数:
结论:当空气入口温度升至30 ℃时,水出口温度由40升至49.4 传热量由
13 645.8 kW降至12 219 kW,空气出口温度由34升至46. 1 °C.
以上的计算结果是针对设计传热面积(671.7 
)计算出来的,而实取传热面积为1 067. 67,远远大于设计面积,因此,在实取面积下的变工况计算结果为(假定传热系数不变):
代入式(2. 12. 9)中,得

由此,计算结果如下:
应当指出,按照冷热流体逆流换热的规律计算,空气的入口温度为30℃,对应热流体 的出口温度为39,空气的出口温度为48.2 对应热流体的入口温度130
由此可以看出,由于实取传热面积大于计算传热面积,可以有效地克服炎热气候条件 对空冷器的不利影响,使空冷器的传热效果仍能满足设计要求。
(2)
时变工况计算。
当设计面积
时,根据上述计算结果:
可计算出如下各量:
当实取面积Ao = 1 067. 67 m2
计算结果为
结论:(1)在釆用较小的设计面积时,在炎热的夏天30°C下,介质水的出口温度为 49.4°C,大大高于出口温度40°C的要求,然而在冬季-30 °C的气温下,该面积能满足出 口水温的要求,且不会结冰。
(2) 在釆用较大的实取面积时,在炎热的夏天30
°C下,介质水的岀口温度可以满足 40°C的要求,然而在冬季-30°C的气温下,该面积使出口水温过低,产生结冰而不能 运行。
(3) 为了既能满足夏天运行的需要,又能满足冬季运行的要求,唯一可行的方案是采
用传热面积的自动调节:随着气温的逐渐升高,使传热面积逐渐增大;而随着气温的逐渐 降低,使传热面积逐渐减小。调节方法有:
① 调节风量,手动调节或变频调节;
② 改变百叶窗开度;
③ 改变管束的开启数量,直接增减传热面积和迎风面积;
④ 在寒冷的季节,使用热风再循环。
4.4.2对例4.3. 1的设计结果进行变工况计算。原设计条件是:管内蒸汽的入 口温度为130 
°C是饱和温度,冷凝后水的出口温度为40°C,入口蒸汽流量为18 t/h (5.0 kg/s)空气的设计入口温度为16 风量为625 kg/s,当空气入口温度升至30°C 时,需要进行变工况计算.由于管内的换热过程分两个阶段:饱和蒸汽的凝结和凝结水的 冷却,两个阶段是分别设计的,因而变工况计算也需分别进行。
(1) 凝结水冷却段的变工况计算。
① 已知:设计面积A =332 
m2,传热量= 1 894 kW,传热系数
入口温度= 130°C,出口温度 = 40°C为凝结段与冷却段交界点处的介质 温度。
② 热容量计算。
水的热容
空气热容
,故水侧的热容量最小。
③ 传热效率计算

 
代入式(2. 12.9),对单相流体的情况
(4)计算结果
注:为凝结段和冷却段分界点处的空气温度。
(2) 蒸汽凝结段的变工况计算。
① 已知:设计面积
 换热量,传热系数(m2 • ℃) .
② 热容量和传热单元数:因管内蒸汽凝结为相变过程,热容
为无限大,管外空 气的热容为最小值
③ 传热效率对相变介质,按式(2. 12.8)计算
④ 初步计算结果:
与原设计结果13 %的差别,为计算误差。事实上,二者应该是相 等的,因为不管工况如何变化,全部蒸汽凝结所需热量是不变的。
(3) 蒸发段和冷却段分界点的移动和传热面积的重新分配。
由于变工况,空气进口温度由16℃升为30
 空气的出口温度由36 升至 47.7由于冷流体空气整体温度的提高,使各段的传热温差变小,对于凝结段,,由于传热量和传热系数不变,温差的减小会导致传热面积,的增大, 但总的面积是不变的,凝结段传热面积的增大,必然导致冷却段传热面积的减少,这将使 得凝结段和冷却段在图4. 3. 1中分界点向右移动。这将进一步导致冷却段介质出口温度 的升高。
反之,在寒冷的季节,或当大气温度低于设计气温时,凝结段占有的传热面积会减少, 冷却段的传热面积会增大,二者的面积分界点向左移动,介质出口温度下降,甚至结冰。 综上所述,当空冷器中同时拥有凝结段和冷却段时,在总传热面积不变的情况下,两段所 占有的传热面积之比,会随着气温的变化而“飘动”。

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