风冷翅片管蒸发器
风冷翅片管式蒸发器
姓名 曹宇 学号 010720210 指导老师 李凤志
一、设计参数
1、原始参数：Q=25kW
2、结构参数：铜管铝套片，铜管Φ12⨯0. 5mm ，正三角排列，s 1=20mm ，铝片厚度δ=0. 12mm ，片间距：e =2. 1~2. 5mm 3、制冷剂：R12
二、文献综述
空气冷却器（air cooled heat exchanger）是利用空气冷却热流体的换热器。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。空气冷却器可用于冷却或冷凝, 广泛应用于:炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达69兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。
1、结构
空冷器主要由管束、支架和风机组成。热流体在管内流动，空气在管束外吹过。由于换热所需的通风量很大，而风压不高，故多采用轴流式通风机。 管束的型式和材质对空冷器的性能影响很大。由于空气侧的传热分系数很小，故常在管外加翅片，以增加传热面积和流体湍动，减小热阻。空冷器大都采用径向翅片。目前，空冷器中通常采用外径为25mm 的光管，翅片高为12.5mm 的低翅管和翅片高为16mm 的高翅管。翅片一般用热导率高的材料（最常用的是铝）制成，缠绕或镶嵌到光管上。为强化空冷器的传热效果，可在进口空气中喷水增湿。这样既降低了空气温度，又增大了传热系数。采用空冷器可节省大量工业用水，减少环境污染，降低基建费用。特别在缺水地区，以空冷代替水冷，可以缓和水源不足的矛盾。
管束包括传热管、管箱、侧梁和横梁等。它可按卧式、立式和斜顶式（人字式）3种基本形式布置。其中, 卧式布置传热面积大, 空气分布均匀，传热效果好；斜顶布置时, 通风机安装在人字中央空间, 占地面积小，结构紧凑。为抵消空气侧的给热系数较低的影响，通常采用光管外壁装翅片的管子。翅片管作为传热管, 可以扩大传热面积。翅片管分层排列, 其两端用焊接或胀接方法连接在管箱上。排管一般为3～8排。管束系列尺寸最长达12米。光管外径常为25毫米和38毫米, 翅片高度一般取12～15毫米, 管束宽为100～3000毫米。翅片管是空气冷却器的核心元件，其形式和材料直接影响设备性能。管子可用碳钢、铜、铝和不锈钢等制成；翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定，大多用工业纯铝，在防腐蚀要求很高或在制造工艺条件特殊的情况下也采用铜或不锈钢。翅片可按横向或
纵向排列。翅片管[1]的基本形式有：绕片式、镶片式、轧片式、套片式、焊片式、椭圆管式、紊流式（包括轮辐式、开槽形和波纹形等）。管箱的结构主要有法兰式、管堵式和集合管式。一般前者用于中低压，后两者用于高压。为适应管束的热膨胀，一端管箱不固定，容许沿管长方向位移。通风机通常采用轴流通风机。
2、通风方式
通风有鼓风和引风两种方式。①鼓风式：空气先流经通风机后流入管束。②引风式：空气先流经管束后流入通风机。前者操作费用较经济，产生的湍流对传热有利，使用较多。后者气流分布均匀，有利于温度精确控制，噪声小，是发展的方向。热流体出口温度主要靠调节通过管束的风量来控制，即调节叶片的倾角、通风机转速和百叶窗的开启程度等。对冬季易凝、易冻的流体，可采用热风循环或蒸汽加热的办法调节流体出口温度。
3、类别
1；以环境空气作为冷载体，用来冷却另一种较高温度的介质（如高温水；高温油），使介质的温度降低，以达到预定工艺要求，可以称为空气冷却器，简称“空冷器”。
2；以一种冷介质为载体（如冷却水；冷冻水；氟利昂），用来冷却空气，使空气的温度降低到预定工艺要求，也称为空气冷却器。
4、发展
采用空气冷却器可节省大量工业用水，减少污染，保护环境，降低基建费用。为扩大空气冷却器的使用范围,20世纪60年代出现了增湿式空气冷却器, 即在管束前增加喷水装置，利用少量雾化水在翅片表面的蒸发作用显著地强化传热，其传热效能较干式提高2～4倍。增湿式空气冷却器已在炼油厂得到广泛应用。干式空冷管束和湿式空冷管束亦可组成联合型空气冷却器。研制低接触热阻和高传热效能的翅片管、低电耗、低噪声的通风机是空气冷却器发展的关键。
三、流程图
//空气容积流量为5000m3/h，去湿量为15kg/h //空气进口温度t1=20 ℃ ，相对湿度为0.7
//大气压力为1.013bar ，制冷剂为R134a ，冷凝温度tk=35 ℃ 。 #include #include
#define pi 3.141592653 #define ei 2.71828 void main() { //确定值 double Mm=5000, //空气体积流量 R=1.2, //空气密度 Ma=Mm*R/3600,//空气质量流量 t1=20, //入口空气干球温度 x1=0.7, //入口空气相对湿度 Pqb1=602.4*pow(10,7.45*t1/(235+t1)), //入口空气水蒸气饱和分压力 P=1.013e5, //大气压力 d1=622*x1*Pqb1/(P-x1*Pqb1), //入口空气含湿量 dm=15e3/3600, //除湿量 d2=(d1*Ma-dm)/Ma, //出口空气含湿量 t3=35; //冷凝器出口制冷剂温度 //假设值 double t2=11, //出口空气干球温度 Pqb2=602.4*pow(10,7.45*t2/(235+t2)), //出口空气水蒸气饱和分压力 //查湿空气h-d 图 h1=46.0e3, //空气初态比焓 h2=31.0e3, //空气终态比焓 ts=8, //肋管外表面平均温度 hs=25.0e3, //肋管外表面平均比焓 //连续整体套片，铜管铝肋 d0=10e-3, //基管外径 yp=0.35e-3, //壁厚 di=d0-2*yp, //基管内径 yf=0.12e-3, //肋片厚 g=204, //肋片导热系数 e=2.5e-3, //肋片节距 s1=25e-3, //管中心距 s2=s1*sin(pi/3), a1=1.065, //求当量肋高时所需系数 //空气侧 va=2.5, //迎面风速 N=4, //沿气流方向肋管排数 u=0.181e-4, //空气的动力黏度 g1=0.026, //空气的导热系数
cp=1005, //空气的定压比热容 c0=1.1, //肋管错排时计算换热系数时所乘系数, 一般为1.1~1.15, Rf=0.0003, //污垢热阻 c3=1.5, //湿工况时流阻修正系数，查表4-14 //制冷剂侧 t0=t2-8, //蒸发温度，取比空气出口温度低6~8度 AA=0.37, //物性系数，见表4-7 u1=2.02e-4, //制冷剂的动力黏度 k1=1.0, //弯头局部阻力系数，无油时，0.8~1.0 k2=0.126, //弯头摩擦阻力系数，无油时，0.094*R/di,R为曲率半径 nn=5, //弯头数 //不考虑制冷剂压降 h3=250.0e3, //冷凝器出口比焓 t4=t0, //蒸发器入口温度 h4=h3, //蒸发器入口比焓 x4=0.22, //蒸发器入口干度 v4=0.0143, //蒸发器入口比容 t5=t0, //蒸发器出口温度 h5=400.0e3, //蒸发器出口比焓 x5=1, //蒸发器出口干度 v5=0.0625, //蒸发器出口比容 x0=(x4+x5)/2, //平均干度 v0=(v4+v5)/2; //平均比容 //制冷负荷 double p=Ma*(h1-h2); //每米肋管结构参数 double Af=(s1*s2-pi/4*d0*d0)*2*1/e, //肋片表面积 Ap=1/e*pi*d0*(e-yf), //肋片间基管外表面积 A=Af+Ap, //总外表面积 Ai=pi*di, //内总表面积 t=A/Ai, //肋化系数 a=A/s1/1, //肋通系数 E=(s1-d0)*(e-yf)/s1/e; //净断面比 //所需制冷效率 double n0=(h1-h2)/(h1-hs);cout0.05;N=N1) { //肋片空气通道当量直径
//气流方向的肋片长度 double L=N*s2; //计算雷诺数 double Re=R*v*de/u; //计算系数与指数 double c1=1.36-0.00024*Re, c2=0.518-2.315e-2*L/de+4.25e-4*pow(L/de,2)-3e-6*pow(L/de,3), n=-0.28+0.08*Re/1000, m=0.45+0.0066*L/de; //换热系数 aa=c0*c1*c2*g1/de*pow(L/de,n)*pow(Re,m); //由公式4-36a N1=-log(1-n0)*cp*R*va/aa/a; i=(N1-N)/N1; if(i
N=ceil(N);
if(int(N)%2!=0) N=N+1; cout
double fa=Ma/R/va; //总传热面积
double A1=fa*a*N;
//求肋管外表面当量换热系数 double S=(h1-h2)/cp/(t1-t2), //析湿系数 m=sqrt(2*S*aa/yf/g), //肋片现状系数 l=(a1*s1/2-d0/2)*(1+0.805*log(a1*s1/d0)/log(10)), //当量肋高 nf=tanh(m*l)/m/l, //肋片效率 aae=S*aa*((nf*Af+Ap)/A); //当量换热系数 //制冷剂侧 double q=p/(A1/t), //肋管内表面热流密度 vm=110, //制冷剂质量流速, 由q 查表4-10 t00,j=1,n; for(;j>0.1;t0=t00) { //制冷剂循环量 double Mr=p/(h5-h4); //并列肋管路数 n=Mr/(pi/4*di*di*vm); n=floor(n);
}
else n=n+1; vm=Mr/n/(pi/4*di*di); //管内制冷剂换热系数 double ab=AA*pow(vm,0.4)*pow(q,0.4)/pow(di,0.6); //计算传热系数 double K=1/(1/aae+Rf+t/ab); //所需传热温差 double tm=p/K/A1; t00=(t1-t2*pow(ei,(t1-t2)/tm))/(1-pow(ei,(t1-t2)/tm)); j=(t00-t0)/t00; if(j
t0=int(t0);
cout
cout
五、计算结果
制冷负荷:56000 制冷效率:0.781395 沿气流方向肋管排数:6 析湿系数:1.67164 换热系数:66.1372 蒸发温度:6
并列肋管路数:42
制冷剂质量流速:116.918
肋管内表面热流密度:4861.46 肋管外表面热流密度:754.921 高度:0.84 长度:1.32275 厚度:0.103923 l/di=721.501
制冷剂压降4707.84 空气侧流阻87.4774