热管换热器计算(2009-02-20 22:50:45)转载标签：热管换热器计算德天热管亚洲热管网热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。

本文选自【亚洲热管网】热管换热器的计算：1. 热管换热器的效率定义η=t1-t2/t1- t3 (1-1)式t1、t2——新风的进、出口温度（℃）t3——排风的入口温度（℃）2.热管换热器的设计计算一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t1和t3，取新风量L x 与排风量L P相等。

即L x = L P，新风和排风的出口温度按下列公式计算：t2=t1－η(t1－t3) (1-2)t4=t3＋η(t1－t3) (1-3)t4——排风出口温度（℃）回收的热量Q (kW), 负值时为冷量：Q(kW)= L xρX C x（t2-t1）/3600 (1-4)式中L x——新风量（m3/h ）ρx——新风的密度（kg/m3）（一般取1.2 kg/m3）C x——新风的比热容，一般可取1.01kJ/ (kg ·℃)。

3.选用热管换热器时，应注意：1）换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联；当水平安装时，低温侧上倾5℃~7℃。

2）表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。

3）当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。

4）冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。

但仍可按上述公式计算（增加的热量作为安全因素）。

需要确定冷却端（热气流）的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。

h2=h1－ 36Q/ L×ρ (1-5)式中h1, h2——热气流处理前、后的焓值（kJ/kg）;Q ——按冷气流计算出的回收热量（W）;L ——热气流的风量（m3/h ）；ρ——热气流的密度（kg/m3）。

【例】已知当地大气压接近993hpa；新风与排风量相等，L x=L p=10000m3/h;夏季新风温度33.2℃，h1=92kJ/kg, 排风温度25℃；冬季室外温度为-12℃，室内排风温度为20℃，焓值为40 kJ/kg，试选用热管换热器。

【解】1) 按迎风面风速υx =3m/s求迎风面积F x：Fx=Lx / 3600Vx=10000/3600×3=0.926m22)查德天节能热管选型表，选用KLS15×1514型Fx=1.0 m2Vx=Lx/3600×1.0=2.78m/s3) 按υx=2.78m/s，查效率阻力表得：6排管时：η=61%，阻力＝96Pa8排管时：η=67%，阻力＝128Pa；出于经济效率综合考虑，选用6排管，热回收效率61％；4) 求新风出口温度[按公式1-2计算]夏季：t2=33.2－0.61(33.2－25)=28.2℃冬季：t2=-12－0.61(-12－20)=7.52℃查h-d图，当t1=33.2 ,h1=93kJ/kg时，其露点温度t L=26.3℃，新风出口t2大于t L，无冷凝水析出。

5) 求排风出口温度[按公式1-3计算]夏季：t4=25+0.61(33.2－25)=30.1℃冬季：t4=20+0.61(-12－20)=0.5℃查h-d图,冬季排风露点温度为10ºC 左右，排风温度低于露点温度，有冷凝水析出，故排风段应有冷凝水盘（在寒冷地区冬季排风温度远低于冰点时，应设计电加热器，保证排风通畅）。

6 ) 回收冷、热量计算，[按公式1-4计算]夏季：Q=1/3600 ×10000×1.2 ×1.01(28.2-33.2)=-16.83Kw (冷量)冬季：Q=1/3600×10000×1.2×1.01 (7.52＋12)=65.72Kw (热量)空调用热管换热器的设计计算晨怡热管西安工程大学王晓杰黄翔武俊梅郑久军2007-11-23 14:42:34摘要：热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在空调领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在空调领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在空调领域的应用也及其重要。

热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。

其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。

空调用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在制冷空调领域的应用研究。

关键词：热管空调热力计算1 引言[1][2][4]热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，制冷空调领域冷冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。

根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空调领域来说也极为重要。

同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。

在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。

热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。

常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。

离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。

定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。

从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。

空调系统要处理的对象一般为室外新风或是室内排风，都属于气态介质，因此空调用热管换热设备为气－气热管换热器。

本文将对空调用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是待处理室外新风，二次空气可以是室内排风或室外新风。

2 热管换热器的设计计算[3][4]2.1已知设计参数一次空气质量流量M h, 进出口温度T1,T1’，二次空气质量流量M c, 进出口温度T2,T2’。

一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为：①一次空气定性温度 T h=(1)查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度导热系数粘度普兰德数②一次空气放出热量(2)③二次空气吸收热量(3)其中η为热损失率④由一次空气温降可假设二次空气出口温度⑤二次空气定性温度 T c=(4)查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度导热系数，粘度普兰德数⑥校核二次空气出口温度 (5 )2.2 基本选择2.2.1工质选择热管工质的选择主要取决于热管的工作温度，热管工作温度 (6)n的取值见表1表1 n的取值所选工质的主要要求为：①应适应热管的工作温度，并有适当的饱和蒸汽压②与壳体，吸液芯材料应相容，且具有良好的热稳定性③应具有良好的综合热物理性质④其它（包括经济性，毒性，环境污染等）空调用热管多采用氨作为工质。

2.2.2 壳体管材选择壳体的作用是把工质与外界隔开，因此要防漏、耐压，并能向工质传热以及把工质的热量传出，且价廉易得。

对壳体的要求主要为：①与工质有良好的化学相容性，以免产生不凝结气体和腐蚀，影响热管的船传热②导热系数高③承压性能好，机械强度高，易于机械加工④与工质有良好的浸润性空调用低温热管换热器的管材多采用铜、铝做原料。

2.2.3 放置形式和吸液芯的选择根据需要选用分离式，重力式和水平时，水平式需要吸液芯，吸液芯的作用是产生毛细力，对吸液芯的主要要求为：①与工质和壳体有良好的化学相容性②导热性能好③与工质有优良的浸润性④易于加工，与内壁能很好的吻合吸液芯类型多采用的材料为不锈钢、铜、铝、镍等。

2.2.4 管外扩展表面的选择根据要求选择合适的翅片结构，具体参数见表2（单位mm）。

表2 管外扩展表面参数2.3 结构设计①热管迎面空气质量流速G的确定G h，G c的范围可在2.4-3.6kg/m2s,对于气-气型换热器，一次空气和二次空气两端质量流速应满足=(7)在任何一侧流体的G值确定后，可由上式确定出另一侧流体的G值。

②迎风面积 A h= (8) A c= (9)③热管长度根据用户需求可先确定出热管一端的长度，再根据经济长度比确定另一端热管长度。

L经==(10)④迎风面高度E E h = (11) E c = (12)⑤迎风面管子根数 B=(13)实际迎风面高度E’= BS T(14)实际迎风面积A h’=E’L h (15) A c =E’L c (16)实际迎风质量流速 G h’= (17) G c’=(18)2.4 传热系数的计算①最小流通面积 NFA h=[(S T-d0)-2(H×δ×n f)]L h×B (19)NFA c=[(S T-d0)-2(H×δ×n f)]L c×B(20)②流体最大质量流速G maxG max h = (20)G max c = (21)③以翅片管外表面积计的一、二次空气两侧换热系数计算对叉排环形翅片管且气流垂直绕流翅片管的换热器的换热器管束外的对流换热系数推荐按下式计算（标准误差在5%左右）对低翅片管束=1.2—1.7 d r=13.5——16mm α’=(22)对于高翅片管束=1.7—2.4 d r=12——41mm α’=(23)④翅化后以光管为基准的换热系数α与以翅片管外表面积为基准的换热系数α’之间的关系为α=α’βη(24)其中β为翅化比，定义为翅化后热管的外表面积与光管外表面积之比(25)其中：A b———翅片间光管面积A f——翅片的外表面积A0———翅化端光管外表面积η为翅片效率法一直接计算得出(26)T w——翅片表面温度平均值T f——流体温度T0——翅片根部温度法二查表法[5]求出，值查传热学中相应的表即可得出——翅片材料导热系数——翅片平均厚度⑤总传热系数计算（以光管外表面积为基准）热管的传热热阻主要包括外部热阻和内部热阻[6]。

外部热阻：一、二次空气与热管两端管外表面的传热热阻；内部热阻：热管两端管壁径向导热热阻，热管两端吸液芯径向、轴向导热热阻，管壁轴向导热热阻，与工质移动有关的蒸汽轴向流动热阻、蒸发段和冷凝段汽液交界面热阻，污垢热阻。

其中与工质移动有关的蒸汽在管内传递和流动热阻相对较小，可忽略不计。