通过上述热力计算及阻力计算可以看出:已初步设计的油-空气换热器,其换热 能力为实际能力的 83.1/45=1.85 倍,而阻力为风机全压的 224.3/1350=16.6%,完全可 以满足要求.
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K2=1/[0.555/(1382×0.08168)+0.555/(2×45×1×π) ×ln(0.032/0.026)+1/(78.18/0.8)]=46.92 W/(m.℃),因此
Q=46.92×0.555×(238－184.8)=1.385KW. 2.空气阻力计算 根据换热器肋片管排列及数据,由横掠错列肋片管阻力公式: Δhhx=ζhx·ρ·w2/2, Pa;式中ζhx=ζj·z2 为横向冲刷管束阻力系数; 而ζj=Cz·Cs·Ref 为每排管子阻力系数. 其中,Cz 为管排数修正系数;当 Cz≥6 时, Cz=1; Ref=wk·B/νf 为错列肋片管束空气雷诺数;又 B=n·{d2(Sf－δ)+[D·δ+(D2－d2)/2] ·[π(D2－d2)/4]1/2}/(L1·d·δ) 为圆形肋片管定型尺寸,m.其中, L1=n·δ=96×0.0012=0.1152m 为肋片占管子部分长,m; β=H2/(πd·L)=0.555/(0.032×1×π)=5.52 为肋片系数(总表面积与光管表面积之 比).则 B=96×{0.0322×(0.01－0.0012)+[0.062×0.0012+(0.0622－0.0322)/2] ·
Pry=12.87;
根据图给定条件:肋片外径 D=0.062m,肋片厚δ=0.0012m,肋片管长 L=1m,每 1m
长管肋片数 n=96;肋片与管壁胀接时的传热系数λ=45 W/(m.℃).
由传热公式,每 1m 长管传热量:Q=K2H2(t1-t2),kW, 式中 H2=H2”+H2’为每 1m 长管总外表面积,㎡; H2”=2nπ[(rj2-r2)+rj·δ]为肋片表面积,㎡; H2’=nπd(Sf－δ)为每 1m 长管肋间管表面积㎡; 其中,rj=r+hj 为假想环肋外半径,m; 而 hj=h+δ/2=0.015+0.0012/2=0.0156m 为肋片假想高度,m.则 rj=0.032/2+0.0156=0.0316m; H2”=2×96×π[(0.03162-0.0162)+0.0316×0.0012]=0.47 ㎡; H2’=96×π×0.032×(0.01－0.0012)=0.085 ㎡; H2=0.47+0.085=0.555 ㎡. H1=dn·Lπ=0.026×1×π=0.08168 ㎡为每 1m 长管内表面积,㎡. 又η=( H2’+ H2”·η1)/H2 为肋片总效率; 而η1 为肋片效率, η1 的数值由 [α2/(λ·δ)]1/2·hj=[78.18/(45×0.0012)]1/2×0.0156=0.5936 与 rj/r=0.0316/0.016=1.975 查图求出: η1=0.765;那么 η=( 0.085+ 0.47×0.765)/0.555=0.8;
油－空气换热器设计计算
1.热力计算 1.1 给定条件
换热功率 N=45KW,风机风量 V=5.556m3/s;全压 H=1350Pa;出口风温 t1=190℃;进 口风温 t2=179.6℃;按给定条件选用 45KW 油加热器时,导热油循环量为 18m3/h,则设 定入口油温 t1’=240℃;出口油温 t2’=236℃;平均油温 ty=238℃,据此初定错列肋片 管结构如图.
[10×0.01/(32.76×10-6)]0.65/0.01=78.18 W/(m.℃)
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1.3 计算油对管内壁的换热系数α1 由液体对管内壁换热系数公式:
α1=Nuy·λy /d------------ W/(m.℃) 式中: Nuy=0.023Rey0.8·Pry0.4 为管内导热油受迫紊放热的努谢尔特准数; Rey=wy·dn/νy 为导热油雷诺言数; wy =0.94m/s 为导热油流速(结构给定); νy , wy ,Pry 分别为定性温度下导热油的运动粘度㎡/s,导热系数 W/(m.℃),普朗特 准数.
[π(0.0622－0.0322)/4]1/2}/(0.1152×0.032×5.52)=0.372m, Ref=10×0.372/(32.76×10-6)=113.6×103 Cs=5.4(B/ddl)0.3 为当 Ref=(2.2～180)×103 时的修正系数; 而 ddl=4A/U=2[Sf·(S1－d)-2δ·h]/(2h+Sf)为管束收缩横截面的当量直径,m, 即 ddl=2×[0.01×(0.1124－0.032)-2×0.0012×0.015]/(2×0.015+0.01)=0.0384m. Cs=5.4×(0.372/0.0384)0.3=10.67; ζj=1×10.67×(113.6×103)-0.25=0.581; ζhx=0.581×10=5.81,因此 Δhhx=5.81×0.772×102/2=224.3Pa. 3.结论
无缝钢管
δ 肋片

肋片管结构图
W 肋片管排列图
1.2 计算空气与肋片管束的换热系数α2 按热风换热器推荐风速 WK=10m/s,则横向管距 S1=0.1124m,纵向管距 S2=0.045m,
纵向管排数 Z2=10,管外径 d=0.032m,管内径 dn=0.026m,壁温 tb=190℃. 根据流体横掠错列圆形肋片管管束对流换热系数计算公式 α2=0.23CZψ0.2λk·(d/Sf)-0.54·(h/Sf)-0.14·(wk·Sf/νk)0.65/Sf 式中:单位 W/(㎡.℃), CZ 为管排数修正系数,当 CZ≥10 时取 CZ=1; ψ=(σ1－1)/ (σ2’－1)为节距修正系数; σ1=S1/d 为横向相对节距; σ2’=S2’/d 为斜向相对节距; 由图可知,S2’=(S12+S22)1/2 为管束斜向节距,m; 即 S2’=(0.11242+0.0452)1/2=0.121m; σ2’=0.121/0.032=3.784; σ1=0.1124/0.032=3.513; ψ=(3.513－1)/ (3.784－1)=0.903; λk , νk 分别为平均温度下空气的导热系数 W/(m.℃)和运动粘度㎡/s. 当空气平均温度为 tk=(t1+t2)/2=(190+179.6)/2=184.8℃时,查表得: λk =0.03738W/(m.℃)和νk=32.76×10-6 ㎡/s; 空气密度ρk=0.772 ㎏/m3.肋片高 h=(D-d)/2=0.015m,肋片间距 Sf=0.01m,那么 α2=0.23×1×0.9030.2×0.03738×(0.032/0.01)-0.54×(0.015/0.01)-0.14×
当给定平均温度 238℃,查燕山石化公司 YD-325 导热油物性值:
νy =0.54×10-6 ㎡/s; wy= 0.106W/(m.℃); 此时 Rey=0.94×0.026/(0.54×10-6)=45260 因 Rey＞10000,属紊流放热,那么 Nuy=0.023×452600.8·12.870.4=339 所以α1=339×0.106/0.026=1382 W/(m.℃) 1.4 热力计算