热管换热器计算.docx
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热管换热器计算
热管换热器设计
一台锅炉排烟温度为160°C,要求设计一台热管换热器，用烟气余热加热进
气以提高锅炉效率。
已知参数：
锅炉排烟量
=189000m3/h,迎风面风速
二
2.9m/s,排烟温度
6二
160°C,设定出口烟气温度'门二
118°Co需要空气的流量Vl=120000m3/h,进气温度厲=25t
空气风速为
vf-2.9m/s
选取圆片翅片强化换热。
翅片管材料选择碳钢（wC二1%）o热管参数：
热管蒸发段长取10=3.16m,管外径d0二34mm,管内径di二29mm,壁厚
§
0=2.5mm,翅片高度H=12mm,翅片厚度
=2mm,翅片间距
sf=6Amm
那么翅片的节距
s（'=6+s（=8.4/mw
每根管肋片数为nf二3160/8.4二376片。
管排选用义排布置，迎面横向管子距离设定为
Sr=0.115w
翅片管纵向距离
Sf=Sr=0.115/w
。
山于烟气和空气的物性很相近，取相同的蒸发器和冷凝器结构参数。
1・总换热量计算
定性温度tfnr
t/1
160+118
~~2
=13兀
查物性得：
/iy=ft8711g/m\=1.0793U/（*^A：
＞Piy=Q682ly=2S93lxlOW/j,=3.473x10^/（jmK）
〃/=22*10'0心
烟气放热量
0=讣»=cFpzVzdrz=1.0793♦1000♦0.8712♦189000♦42/3600=2073330.983JF
2.计算迎风面积Ay和迎风管排数B
迎风面积
迎风面宽度
18,10
3.16
=5.73加
迎风面管子数
F573
"石’而取心。
根
3.冷空气出口温度及对数平均温差
冷空气出口温度:
假设
则
C2=80C
80+25
查得52.5
水的物性参数:
A=L085^/w\cpl=\005J/（kg・K）
则:
再假设冷空气出口温度为
C2=82°C
查得53.5
空气的物性参数:
p=l・08Ltg/",c川=1005J7（Rg・K）
则:
⑴丄“产2073330.983“00+25皿兀
CppVi1005*1.081*150000
冷空气出口温度为:
C2=82lC
空气侧定性温度为:
物性:
厂・1.081&/m\c声・1005J/（&・K）,右■O・O285FF/（/n・K）,“■19・8"旷,卩1}・0.698
At1=118-25=93fC,At2=16O-82=7^C
对数平均温差
4•计算总传热系数
管束最小流通截面积XFA
NFA=[（Sr.do）.2HAf]l（>B=（（0.H5-0.034）-2^0.012e0.002*376]e3.16*50=9.946m2
②
烟气侧换热系数
Gg=^=0・87；；；9000=]6555.0附/强*）=4.598驱/（"•$）
Rcr=G/•昨d。
/=4.5986*0.034*10fl/22=7106.93
Nuf=0.137Re/朋Pr//3=0.137*7106.93恥珈*0.682"=3331
Nuf-hfd0/Af
故烟气侧换热系数
=33.31*0.03473/0.034=34.02炉/（m2
K）
空气侧换热系数
.需T凹册旳血化⑴心3.6229如（宀）
Re,=G/inaxd0/jnf=3.6229*0.034*106/19.8=6221.14
Nut=0.137Re；W3MPr//3=O.137*6221.14o63M*0.698m=30.85
故空气侧换热系数
hf=竺还=30.85*0.0285/0.034=25.86"/（w2・K）
心
单根热管表面积A
山肋片的参数查传热学书（杨世铭，陶文栓编著）P65图2-20得:
肋效率
rjf=0.89,T]t=0.90
肋片表面积
Af=376*（2*-（（d°+2H）2一石）+兀（d°+2/7）^）=1.441lw2
4
肋片之间的根部表面积为
Ar=矶&一®富5）=3」4本0.034*（3.16-376#0.002）=0.2572m2
热管外总表面积
A=Ar+Af=0.2572+1.4411=1.6983/m2
蒸发管外有效换热系数
30.20^
打（4+可兮）33・3广（0・2572+0・89引・4411）
A一L6983~
冷凝管外有效换热系数
勺（心+7%）_25.86*（0.25724-0.9♦1.4411）
~A_1.6983
=23.67FT/（m2K）
⑦热管内换热系数hi
热管蒸发段内壁加热的热流密度:
2073330.983
1109*3.16*^*0.029
=6497.142妙7莎
热管内蒸发段换热系数hi计算使用imura*scorrection：
假设热管蒸发段蒸汽温度为
/v=10^C
，查饱和水和饱和蒸汽的热物理性质表得：
%=4.227&l//（ig・K）,几=953・9隔/加',人=268.4x10%$
几=0.73498蚣/"，饥=2240.78V/^g,=1.26482x10sPa
代入上述hi公式讣算得：
hi=5402.567W/（m2K）
⑧总换热系数h
忽略污垢热阻，导热热阻：
2=0^025=o000058加2,K/W443.2
（翅片管导
热系数
九=43.20伽・K）
总传热系数
h
其中
<==3.14*0.034・3」6=0.337加?
4二创人=3.14庁0.029•3」6二0.288”
卜需+需初0.000058翳+"扁而凜“。
7旳
力=12.9炉/（加？
・K）
5•热管换热器管数、排数计算
Q=肋oM,。
总换热面积为
/rF」f
蒸发热管总数
换热器排数
吩;=餘22.1排
取22排,排列为
18
入
50,5050,51,…,50,51,50,50
6•管内蒸汽温度讣算
平均壁面温度:
=108.5°C
2073330.983
30.2*1.6983*1109
假设热管蒸发段蒸汽温度为
，查饱和水和饱和蒸汽的热物理性质表得：
%=4・2265AJ/（kg・K）,几=954・7炬/卅，人=0・684炉/（加K）,“..=270.75xlO”Paypv=0.712Mg/沪上虫=2243.52"勿J=1.22285x10'Pa
代入hi公式算得：
hi=5384.373072W/（m2K）,则:
2073330.983
"108-5~5384373*352*^*3.16*0.029"'°4，?
"
假设的温度和算得的温度相差较小，则饱和蒸汽的温度为
Zp=104.7°C
符合要求
7.压降计算
蒸发器压降计算
O5IS
=37%*4・5986严16（。
・115、_0翊
•22TO"0.034
（』厂\如1・/x-4»W7z
2十产）图閉
（黑宀0.742
gcPj21・3・10"0・8712
3=彳血=哮尊鎏十1•仮＜250%,符合要求
冷凝器压降讣算
（需严“774
=103.1Pti<250Pa,符合耍求
j曲」二0・7744引3042.432g4一21.081
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