表冷器传热系数K的数值分析与研究
组合空调机组表冷器计算的若干问题
组合空调机组表冷器计算的若干问题韩书生【摘要】空调系统的正常有效运行,是由系统的正确设计、可靠施工和先进的控制系统所决定的,空调系统中的主要设备-组合空调机组的过滤器阻力取值、机组附加热交换能力及表冷器性能的计算尤为关键.本文就有关问题加以分析,并提出一种对表冷器设计选型、校核计算的方法:在具有干球效率安全系数α=1.0时的热工性能值,推算出该表冷器α≠1.0时的热工性能值.【期刊名称】《发电技术》【年(卷),期】2010(031)006【总页数】3页(P55-56,61)【关键词】表冷器计算;干球效率;安全系数【作者】韩书生【作者单位】上海日兴建筑工程设计咨询有限公司,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TU831.4改革开放30多年来，全国的工商业、经济、科技、教育等各个领域发生了翻天覆地的变化，经济的迅猛发展使得人们对生活水平、生活环境的追求日益提高，其中对生产、生活环境的要求尤为突出，工业、民用建筑中空调系统不可缺少，空调设备的市场前景无可估量。
为此，空调设备生产企业遍布全国各地，不可胜数。
不同的生产厂商对组合空调机组配置的表冷器性能各异，设计人员难于掌握表冷器的具体参数，设计中亦难于选定表冷器的具体型号，取而代之的是提出对空调器额定的制冷量、制热量、风量、机外余压等参数的要求，由组合空调机组生产商根据要求进行具体计算，设计人再对生产商提交的计算书进行审核。
笔者在对某生产商提交的计算书进行审核时发现以下问题：（1）过滤器阻力按初阻力计算；（2）未进行风机、电机附加散热量的计算；（3）表冷器选型计算程序没考虑“干球效率安全系数”。
目前对过滤器阻力计算存有三种争议：（1）初阻力说：设计人员在进行管路阻力计算时考虑了足够的安全余量，采用初阻力就可以满足要求；（2）终阻力说：过滤器寿命周期内的各性能均应满足设计要求，当阻力达到2倍初阻力时就应该清洗或更换过滤器，设计计算时应考虑管路阻力的安全余量；（3）1.5倍初阻力说：折衷了初阻力说和终阻力说。
特殊工况条件下表冷器的热工计算分析
ω
=
fw
W ×103
…………………………（2）
（2）表冷器可达到的通用热交换效率 E '
由于表冷器的通用热交换效率 E ' 只与迎面
风速，盘管排数有关，根据表冷器性能表可查得
E'。 （3）假定 t2 确定空气终状态
先假定 t2 ，根据式（3）得到 ts2 ，这样就得到
2 表冷器效率法计算
（1）表冷器迎面风速及水流量
图八
分析：从图七，八可以看出，当盘管排数增 加时，表冷器的制冷量和除湿量明显增加，出口水 温，出口风温明显下降。这说明增加盘管排数可以 使表冷器换热变得充分，当水温较高不能满足设计 除湿要求时，可考虑增加盘管排数。
4、工程实例
由于手术室空调设计的特殊性，如简单的使用 样本以风量或冷量来选择空调箱的表冷器将造成 很大的偏差。因此在湖南长沙湘雅医院的手术室计 算中，我们利用效率计算法进行了计算选择表冷 器。这里以一个千级手术室为例。
5 总结
表冷器的热工性能受到风量，水量，进水温度， 盘管排数等因素的影响，但是其影响程度各不相 同。在特殊工况设计中，建议进行详细的计算，避 免设计的偏差。
根据计算本文对特殊工况表冷器选择，提出以 下建议以供参考：
(1) 在进行大风量空调设计时，应注意表冷器 除湿能力是否达到设计要求，因为当风量较大时， 满足了制冷量要求未必能满足除湿要求。
(Tongji University 200092) 【Abstract】 The paper analyses the heat exchange capabilities of surface liquid cooler by efficiency method at different air velocity, water flow rate, conditions of inlet air, temperature of cooling water and quantity of coils. It takes practical project as a sample , which is applied in practice. 【Key words】 surface liquid cooler; efficiency method
传热系数K的测定(精)
,
cp
Nu ao Re b Pr c
传热系数K的实验测定
热量衡算式和传热速率方程式
热量衡算式:
Q qm2Cp 2 (t 2 - t1)
传热速率式: Q KA tm 其中：
两式联立，得：
tm
t2 t1 ln T t1
T t2
K qm2Cp2 (t2 t1) Atm
实验流程
实验步骤
先开冷却水转子流量计阀门，再开热空气进口 调节阀。
整个实验操作控制热空气进口温度恒定在170～ 175之间任何某一刻度，分别改变冷流体流量和 热流体流量，达到改变流速的目的。
待冷流体出口温度显示值保持10mi关调压变压器开关，保持冷却 水继续流动10min，以足够冷却壁温，保护加热 器正常。
Q KAT t
Q h Ah T tw1 Q c Ac tw2 t
Q
Am
tw1
tw2
Q
T
tw1 1
tw1 tw2
tw2 t 1
T t 1
h Ah
Am
c Ac KA
K
1
1
1
h Ah Am c Ac
上机数据处理。
原始数据记录
实验组织方法
A---------由换热器的结构参数而定； qm2--------测冷流体的流量计； t1、t2-----测冷流体的进、出口温度计； T --------测热流体的进口温度计； Cp2--------由冷流体的进、出口平均温度定。
将以上仪表、换热器、气源、及管件阀门等部 件组建成如下实验装置图。
表冷器综合效果检验与测定
表冷器综合效果检验与测定一、实验目的1.通过实验掌握表冷器冷却能力的测定2.通过实验对表冷器的综合效果有更深入的认识。
3.通过实验掌握表冷器热交换率和接触系数的测定二、实验原理1.表冷器冷却能力的测定（1）空气经过表冷器放出的热量为：12()Q G h h =−式中：Q —空气经过表冷器说散失的热量G —经过表冷器的实测风量（kg/s ）1h —经过表冷器前的空气焓（kj/kg ）2h —经过表冷器后的空气焓（kj/kg ）（2） 经过表冷器冷水吸收的热量21()Q W t t ′=−式中：Q ′—经过表冷器冷说所吸收的热量W —经过表冷器的实测水量（kg/s ）2t —经过表冷器后的冷水温度（℃）1t —经过表冷器前的冷水温度（℃）空气通过表冷器失去的热量Q 与冷水经过表冷器所吸收的热量Q ′应该相等，实验时允许有误差。
2．表冷器热交换率和接触系数的测定（1）表冷器热交换率系数的测定：1211ct t t t ε−=− （2）表冷器接触系数测定 222111s s t t t t ε−=−− 式中：1t 、2t —经处理前后的空气干球温度1s t 、2s t —经处理前后的空气湿球温度c t —表冷器冷水初始温度三、实验装置空调机组、楼宇自动化综合实验台、水管温度传感器VF20、水管流量变送器ＤＷＭ２０００、电加热分级控制器１５ＫＷ、系统软件License for EBI with a 24 reader/500 point database.includes 2 Stations,Display Builder,Quick Builder and one interface.四、实验步骤１、实验前准备工作（１）熟悉实验系统，了解实验台的各个设备、部件以及测量系统的作用和功能；（２）确定表冷器进水温度。
夏季处理时，表冷器需要降温、除湿，其进水温度要比经过表冷器的空气露点温度要低，调节制冷压缩机的温度继电器的温度要比测得的露点温度低1—1.5℃。
表冷器的热工参数
为析湿系数。
=1，而且 越大，水分析出越多。Βιβλιοθήκη 表面式空气冷却器的热工参数
（2）表冷器的传热系数 表冷器传热系数的大小和表冷器结构、管外风速 水流速
以及析湿系数 有关。一般采用下列经验公式：
1 1 K m p n B A y
1
y
、管内
管内水流速一般取0.6-1.5m/s。
表面式空气冷却器的热工参数
（1）析湿系数
在用表冷器对空气进行减湿冷却处理时，既有显热交换又
有潜热交换（水分凝结），显热与潜热之和为全热。在空调工 程中通常把全热交换和显热交换的比值称为湿工况的析湿系数。
全热 h1 h2 显热 C P (t1 t 2 )
对于没有水分凝结的干工况， 因此称
表冷器的热工参数
1
y
、管内
管内水流速一般取0.6-1.5m/s。
全热 h1 h2 显热 C P (t1 t 2 )
对于没有水分凝结的干工况， 因此称
为析湿系数。
=1，而且 越大，水分析出越多。
表面式空气冷却器的热工参数
（2）表冷器的传热系数 表冷器传热系数的大小和表冷器结构、管外风速 水流速
以及析湿系数 有关。一般采用下列经验公式：
表面式空气冷却器的热工参数表面式空气冷却器的热工参数2表冷器的传热系数表冷器传热系数的大小和表冷器结构管外风速管内水流速以及析湿系数有关
表面式空气冷却器的热工参数（1）析湿系数在用表冷器对空气进行减湿冷却处理时，既有显热交换又
有潜热交换（水分凝结），显热与潜热之和为全热。在空调工 程中通常把全热交换和显热交换的比值称为湿工况的析湿系数。
表面式冷却器的热工计算
表面式冷却器的热工计算总传热系数与总传热热阻如前所述，间壁式换热器的类型很多，从其热工计算的方法和步骤来看，实质上大同小异。
下面即以本专业领域使用较广的、显热交换和潜热交换可以同时发生的表面式冷却器为例，详细说明其具体的计算方法。
别的诸如加热器、冷凝器、散热器等间壁式换热器的热工计算方法，本节给予概略介绍。
对于换热器的分析与计算来说，决定总传热系数是最基本但也是最不容易的。
回忆传热学的内容，对于第三类边界条件下的传热问题，总传热系数可以用一个类似于牛顿冷却定律的表达式来定义，即（6-4）式中的Δt是总温差；总传热系数与总热阻成反比，即：（6-5）式中 R t为换热面积为A时的总传热热阻，℃/W。
如果两种流体被一管壁所隔开，由传热学知，其单位管长的总热阻为（6-6）单位管长的内外表面积分别为πd i和πd0，此时传热系数具有如下形式：对外表面（6-7）对内表面（6-7）其中K0A0=K i A i应该注意，公式(6-6)至(6-8)仅适用于清洁表面。
通常的换热器在运行时，由于流体的杂质、生锈或是流体与壁面材料之间的其他反应，换热表面常常会被污染。
表面上沉积的膜或是垢层会大大增加流体之间的传热阻力。
这种影响可以引进一个附加热阻来处理，这个热阻就称为污垢热阻R f。
其数值取决于运行温度、流体的速度以及换热器工作时间的长短等。
对于平壁，考虑其两侧的污垢热阻后，总热阻为（6-9）把管子内、外表面的污垢热阻包括进去之后，对于外表面，总传热系数可表示为（6-10）对于内表面则为（6-11）知道了h0、R f，0、h i和R f，i以后，就可以确定总传热系数，其中的对流换热系数可以由以前传热学中给出的有关传热关系式求得。
应注意，公式(6-9)～(6-11)中壁面的传导热阻项是可以忽略的，这是因为通常采用的都是材料的导热系数很高的薄壁。
此外，经常出现某一项对流换热热阻比其它项大得多的情况，这时它对总传热系数起支配作用。
(完整版)蒸汽冷凝时传热系数和给热系数测定实验指导书
蒸汽冷凝时表面传热系数和总传热系数测定实验说明书一、实验目的:1、掌握冷凝换热器的换热量Φ和表面传热系数h及总传热系数K的测试和计算方法；2、熟悉冷凝换热器实验台的工作原理和使用方法；3、了解不同蒸汽压力下的冷凝换热时表面传热系数的变化规律。
二、实验测试装置简介：1。
测定装置整体组装，带脚轮，用户接电源和上、下水后即可使用。
2。
可测蒸汽在水平管内冷凝（管外为自来水）时的传热系数和给热系数.其工作原理及流程如图所示。
3.管子的内壁面温度用事先埋好的三支热电偶（轴向均布）测量.4.电热蒸汽发生器总功率为9KW，最大工作压力为0。
08MPa。
此蒸汽源亦可通过阀10—1供其它试验使用。
试验装置流程图及各部分组件的名称1。
蒸汽发生器 2。
电接点压力表 3。
安全阀 4. 汽水分离器 5。
热电偶6.压力表 7。
试验管组 8。
凝结水液位保持器 9。
过冷器 10.阀门 11.计量水箱10—12.文丘里流量计（计算机采集订户）三、实验操作步骤及测试方法：(一）、操作步骤:1.接电源（380V，四线,50Hz,9KW）及上下水（均可胶管连接）.2.打开阀10—7,从蒸汽发生器底部上水管（兼排污管）向炉体内加自来水至液面计4/5处。
加水时还应打开10—2和阀10—3,以便炉体内的空气能够排出，加完水后关闭阀10—7.3。
全开蒸汽发生器电加热器，待炉内水开始沸腾并将炉体空间大部分空气从阀10—3处排出后，关闭该阀.4.待蒸汽压力达到试验压力后,打开阀10—4,使系统内空气全部被蒸汽压出后关闭此阀.5。
试验管内的蒸汽压力可自动控制，此时将电接点压力表高低压控制指针分别调至试验压力±0.01MPa处(视试验精度要求，此范围可适当放大或缩小)。
试验管内的蒸汽压力亦可利用阀10—2手动调节,此时应将电接点压力表控制指针调至稍高于试验压力,高压控制指针调至比低压控制指针高0。
02MPa左右处，但不得超过蒸汽发生器最大使用压力。
传热系数K的测定(教案)
实验四 换热系数K 的测定一、 实验目的1、了解间壁式传热元件的研究和传热系数测定的实验组织方法。
2、掌握借助于热电偶测量进出口温度的方法3、学会传热系数测定的试验数据处理方法4、了解影响传热系数的因素和强化传热的途径二、 实验任务1、在空气－水列管换热器中，测定两个不同水流量时一系列空气流量条件下冷、热流体进出口温度。
2、通过热量衡算方程式和传热速率方程式计算总传热系数的实验值。
三、实验原理间壁式传热装置的传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，它是由热流体热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热过程所组成。
在定态条件下，并忽略壁面内外表面的差异，则各环节的热流密度相等，即：ch t t t T T T A Q q w w w w αλδα11-=-=-== 则： 阻力推动力=++-=c h t T q αλδα11 式中 h α1、λδ 、c α1分别为各传热环节对单位传热而言的热阻，工程上通常将其写为Q=KA(T-t)，那么换热系数为：c h K αλδα111++=由于冷流体的温度沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷、热流体温度成线形关系，故将推动力（T －t ）用换热器两端温差的对数平均温差表示，即：Q=KA △t m （1）。
对于一定态双管程列管换热器，热流体走壳程，体积流量为W h ，进口温度为T 1，出口温度为T 2；冷流体走管内，体积流量为W c ，进口温度为t 1，出口温度为t 2，热流体放出的热量等于冷流体得到的热量，即：Q=W c ρC pc (t 2-t 1)= W h ρC ph (T 1-T 2)则，Q=KA △t m ＝ W c ρC pc (t 2-t 1)即：m pc c t A t t C W K ∆-=)(12ρ式中：A 由换热器的结构参数而定，冷流体的体积流量W c 通过流量计测定，热流体进口温度T 1和出口温度T 2，冷流体的进口温度t 1和出口温度t 2，均由温度计测定，C pc 由冷流体的进出口平均温度决定。
表冷器运行性能分析
表冷器运行性能分析期刊门户-中国期刊网2009-2-16来源:《黑龙江科技信息》2008年9月上供稿文/周凌云李萌苏夺[导读]通过计算得出某表冷器模型在不同系统形式中的运行工况数据摘要：通过计算得出某表冷器模型在不同系统形式中的运行工况数据，由此分析表冷器空调冷水流量百分比与处理负荷百分比之间的关系，为理解空调冷水系统运行工况及改进自动控制方法提供数据依据。
关键词：表冷器；流量百分比；处理负荷百分比；温差前言在广泛使用的全空气空调系统、空气－水空调系统中，表面冷却器（后简称表冷器）是空调箱、风机盘管这些末端设备所必需的部件。
通过表冷器，受迫通过其外侧表面的空调进风与强制通过其管束内部的空调冷水进行换热，使空气得以冷却、除湿，满足对服务区域进行供冷的需要。
因此，表冷器是空调系统中风系统及水系统的分隔面，也是它们之间相互作用的交接面。
在对其进行分析计算时，应兼顾且满足风侧与水侧的各自要求。
将根据表冷器的设计性计算及校核性计算的计算步骤[1]，并结合表冷器模型[1]，对不同系统形式中不同负荷情况下的表冷器运行工况进行分析，从中得出相关数据，为分析空调冷水系统运行工况以及寻求更好的空调系统自动控制方式提供依据。
1 表冷器模型以文献[1]中的6排管JW20-4型表冷器为模型进行模拟计算，其特征参数如下：Fy＝1.87；Fd＝24.05；fw＝0.00407；N＝6；表冷器传热系数经验公式为：其中：上述公式中符号说明如下：Fy－迎风面积，m2；Fd－每排盘管散热面积，m2；fY－盘管通水断面积，m2；N－盘管排数；G－风量，kg/s；ρa－空气密度，kg/m3；Vy－面风速，m/s；W－水量，kg/s；ρa－水密度，kg/m3；ω－水流速，m/s；ξ－析湿系数；i1－进风空气焓，kJ/kg；i2－出风空气焓，kJ/kg；t1－进风空气干球温度，℃；t2－出风空气干球温度，℃；Cp－空气定压比热干球温度，kJ/（kg·℃）；2 系统形式实际工程应用中，设计人员是根据服务区域的具体情况采用不同的空调系统形式。
表冷器换热面积计算
表冷器换热面积计算
表冷器换热面积的计算方法有多种，其中最常用的是经验公式法。
这种方法基于实验研究或理论分析，得出表冷器换热面积和制冷系统需要的其他参数之间的关系。
常用的经验公式有Gnielinski公式、Kays和London公式等。
此外，还可以通过换热面积简易计算公式进行计算，即F=Q/kKx△tm，其中F是换热器的有效换热面积，Q是总的换热量，k是污垢系数一般取0.8-0.9，K是传热系数，△tm是对数平均温差。
另外，也可以根据总通水面积计算公式进行计算，即f=1.767×10-4·n（m2），其中n为通风机的通风量。
以上信息仅供参考，具体可查阅有关表冷器换热面积计算的专业书籍或咨询专业人士。
表冷器性能实验
表冷器性能实验台实验指导书概述在空调工程中，实现不同的热湿处理过程需要不同的空气处理设备。
热湿交换设备根据工作特点的不同可分为直接接触式和表面式热湿交换设备。
直接接触式热湿交换设备的特点是与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，做法是让空气流经热湿交换介质的表面或热湿交换介质喷淋到空气中间去。
一 实验目的（1）熟悉空气表冷器换热量、热交换效率系数和接触系数的测定方法。
（2）掌握空气表冷器阻力的测定方法。
二 实验原理表冷器属于表面式热湿交换设备，其特点是与空气进行热湿交换的介质不与空气直接接触。
空气与介质间的热湿交换是通过设备的金属表面来进行的。
表冷器属于表面接触式热湿交换设备，与喷水室相比，表冷器构造简单，体积小，使用灵活，即可通入间冷剂冷却空气或加热空气，又能通入制冷剂作蒸发器或冷凝器。
当作为冷却器处理空气时，当其表面温度低于被处理空气的露点温度时，空气首先被等湿降温到饱和线上（达到饱和状态），然后沿饱和线进一步降温减湿到接近表冷器的表面温度（需维持一定的传热温差），这时,空气中将有部分水分凝结出来。
在这个过程中，由于空气不但温度要降低，含湿量也要减少，因此称为减湿冷却过程或湿冷过程，此时表冷器的工作状况称为湿工况。
表冷器性能的测试主要是测试它的冷却能力，其测定方法是待空调系统工况稳定后，用干湿球温度计，分别测量空气冷却器前后空气的干球温度和湿球温度，用气压计测量大气压力，进而求得空气冷却器前后空气的比焓值，同时测出空气冷却器的风量，就可以算出空气冷却器的冷却能力Q （kW ）。
（1）表冷器的冷却能力测定1.空气通过表冷器放出的热量：112()Q G i i =- 式中：G ——经过表冷器的实测风量，kg/S ；1i ——表冷器前空气焓，kcal/kg ； 2i ——表冷器后空气焓，kcal/kg 。
2. 冷媒水经过表冷器吸收的热量： 221()w w Q WC t t =- 式中：W ——通过空气冷却器的水量，/kg s ；C ——水的比定压热容，常压下 4.19/C kJ =⋅（kg ℃）；W 1W 2t 、t ——表冷器进水、出水温度，℃。
特殊工况条件下表冷器的热工计算分析
图八
分析：从图七，八可以看出，当盘管排数增 加时，表冷器的制冷量和除湿量明显增加，出口水 温，出口风温明显下降。这说明增加盘管排数可以 使表冷器换热变得充分，当水温较高不能满足设计 除湿要求时，可考虑增加盘管排数。
4、工程实例
由于手术室空调设计的特殊性，如简单的使用 样本以风量或冷量来选择空调箱的表冷器将造成 很大的偏差。因此在湖南长沙湘雅医院的手术室计 算中，我们利用效率计算法进行了计算选择表冷 器。这里以一个千级手术室为例。
e − β ×(1−γ ) × e −β (1−γ
)
………………..（8）
（7）比较表冷器可达到的全热交换效率
E
' g
和要求
的全热交换效率 Eg
当
E
' g
−
Eg
≤ δ （δ为一小量，可取 0.01）
时，证明假设的 t2 合适。否则，调整 t2 。
（8）制冷量，除湿量及水终温
当 t2 确定后就可以式（9），（10），（11），求
运行上是否节能有待探讨。
3.3 水温对表冷器热工性能的影响 图五，六为定风量（7000m3/h）定水量（1kg/s）
时，表冷器热工性能随进水温度变化曲线：
25
20
15 10
5
0 345678 水温（℃）
全热量（kw） 显热量（kw） 除湿量（g/kg）
12 11.5
11 10.5
10 9.5
9 8.5
得制冷量，除湿量。
Q = G × (i1 − i2 ) …………………..（9）
D = G × (d1 − d 2 ) ………………..（10）
3 各因素影响的分析
3.1 风量，风速对表冷器热工性能的影响 图一，二为给定水量（1.3kg/s）进水温度（7
表冷器热力计算方法的分析与比较
表冷器热力计算方法的分析与比较表冷器是汽车发动机中必不可少的一个部件，它负责帮助发动机控制温度，并保持温度在一个较稳定的水平。
表冷器的设计有很多种，大多数都采用不同的热力计算方法来进行热力学分析，以有效控制发动机的温度。
本文旨在分析和比较不同的表冷器热力计算方法。
首先，要深入理解表冷器的热力计算方法，需要了解表冷器的工作原理，以及它们如何起到控制温度的作用。
表冷器是一种换热器，由一系列管道和散热片组成，它们有助于汽车发动机的热能转化为由散热片和热流散发的热量，从而控制发动机的温度。
因此，表冷器的设计是一种复杂的热力学问题，现在全世界有很多不同的表冷器热力计算方法，以满足不同的汽车发动机要求。
其次，要全面了解表冷器热力计算方法，以实现最佳的温度控制效果，我们需要对它们进行分析和比较。
根据表冷器热力学领域的研究，常用的表冷器热力计算方法包括热力学模型、热传导理论、热涡流理论、热损失模型、热载荷模型和热力学计算流体动力学模型等。
热力学模型是一种简单的表冷器热力计算方法，它基于热力学原理，以换热量和散热率为基础，推算出发动机的温度，能够有效控制发动机的温度，并能够准确预示温度变化趋势。
热传导理论是一种比较常见的表冷器热力计算方法，它基于热传导以及表冷器内热量和散热率来计算温度，能够更准确地预测发动机温度，使用此方法能够更好地控制温度。
热涡流理论是一种比较先进的表冷器热力计算方法，它基于涡流理论，利用表冷器流体流动特性以及温度梯度等来研究发动机的热传导和热流特性，它的计算精度更高，能够有效控制发动机的温度变化，准确预测温度变化趋势。
热损失模型是一种相对简单的表冷器热力计算方法，它以吸收热量和热损失为基础，利用换热系数来计算发动机的温度，可以有效控制发动机的温度，准确预测温度的变化趋势。
热载荷模型是一种复杂的表冷器热力计算方法，它利用有限元分析技术，对表冷器内部的热量和热载荷进行计算，有助于更精确的预测发动机温度变化，有效地控制发动机温度和节油效果。
传热系数K的计算
Q S
t传热推动力 1 传热总阻力
K
式中表示传热过程的总阻力，简称热阻，用 R 表示。即
R 1 K
单位传热面积上的传热速率与传热推动力成正比， 与热阻成反比。因此，提高换热器传热速率的途径 为提高传热推动力和降低传热阻力。
二、热负荷的计算
根据能量守恒定律，在换热器保温良好， 无热损失的情况下，单位时间内热流体放出的 热量 Q冷 等于冷流体吸收的热量 Q热 。即 Q热 Q冷 Q ，称为热量衡算式。
设计计算 根据生产任务的要求，确定换热器的
传热面积及换热器的其它有关尺寸，
传热计算
以便设计或选用换热器。
校核计算 判断一个换热器能否满足生产任务的 要求或预测生产过程中某些参数的变 化对换热器传热能力的影响。
依据：总传热速率方程和热量恒算
一、总传热速率方程
在换热器中传热的快慢用传热速率表示。传热速 率是指单位时间内通过传热面的热量，单位为W。在 间壁式换热器中，热量是通过两股流体间的壁面传递 的，这个壁面称为传热面，单位是m2。两股流体间所 以能有热量交换，是因为它们有温度差。如果以表示 热流体的温度，t表示冷流体的温度，那么温度差就是 热量传递的推动力，用表示，单位为K或℃。实践证明 ：两股流体单位时间所交换的热量与传热面积成正比 ，与温度差成正比，即
（2）双侧变温时的平均温度差
工厂中常用的冷却器和预热器等，在换热过程中间 壁的一侧为热流体，另一侧为冷流体，热流体沿间壁 的一侧流动，温度逐渐下降，而冷流体沿间壁的另一 侧流动，温度逐渐升高。这种情况下，换热器各点的 也是不同的，属双侧变温传热。在此种变温传热中， 参与热交换的两种流体的流向大致有四种类型，如图 5-7所示。
t1 ln
(18)冷凝器K计算
《传热学》杨世铭 陶文铨（第三版）P314《空气调节用制冷技术》石文星（第四版）P97石文星：壳管式冷凝器的传热面多为小直径光管或肋管，内、外两侧传热面积相差较大，计算传热系数时应考虑此问题。
一般而言，冷凝器的传热系数默认以管外侧面积为基准的传热系数。
在壳管式冷凝器，管内侧是水，管外侧是制冷剂，故油膜热阻需加在管外侧，水垢热阻应加在管内侧。
对于光管而言，传热系数K C 为：)/(11212内2外2平2外K m W d d R d d R R K W fou P oil Z C ⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-αα 其中：(1/αz +R oil )——管外侧热阻；αz —制冷侧放热系数；d 外、d 内分别指管外径、管内径；(R fou +1/αw )——管内侧热阻；αw —水侧放热系数；d 平指管内外平均直径，d 平=0.5×(d 外+d 外-2×δ)； R p ——管壁导热热阻，当导热热阻很小时，可以忽略不计；R oil ——油膜热阻，对于氨，取0.35×10-3～0.60×10-3 m 2·K/W ；对于氟利昂，可不考虑。
R fou ——污垢热阻，污垢热阻包括水垢、锈蚀以及其它污垢造成的附加热阻，一般为10-3～10-3 m 2·K/W 数量级。
A 平——管壁平均面积（以平均半径为基准计算的管壁平均传热面积）。
A 0、A i ——管外侧和管内侧传热面积（分别以外径、内径为基准计算的管壁传热面积）； A 0/A i 相当于风冷换热器中的肋化系数，是以外表面积为基准的传热系数计算时的肋化系数。
实际上，从管内壁流向管外壁的热量是相同的，胡有此推导出上式，不可能出现d 外/d 内的修正系数，故我认为你提出的确良题目中的公式有误，建议采用上述式进行计算。
习惯上，工程计算都以管外表面积为基准计算换热器K 值，根据管内流体不同，有两种形式：公式①—水冷冷凝器、满液式（卧式壳管蒸发器）蒸发器)/(1121平K m W d d R d d R K i o W fou o oil R⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-αλδα ① 公式②—非满液式（干式壳管蒸发器，直接蒸发式）蒸发器 )/(1121平K m W R d d d d R K W fou o i o oil R⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-αλδα ② 2)2(2平δ⨯-+=+=o o i o d d d d d ，d o 、d i 分别指管外径、管内径；《传热学》指出，以外表面积为基准的公式，即为求外表面换热面积时的传热系数，此时直径比修正的为管内侧流体换热系数。
表冷器传热系数的实验模拟
表冷器传热系数的实验模拟
王景刚;魏艳萍
【期刊名称】《河北煤炭建筑工程学院学报》
【年(卷),期】1996(013)003
【摘要】本文利用非线性模型中参数的最小二乘估计高斯－牛顿（Ｇ－Ｎ），提出了空气处理用表冷器传热系数实验公式的模拟方法，设计了Ｃ语言模拟程序，并根据实测数据进行了模拟结果分析。
【总页数】4页(P6-9)
【作者】王景刚;魏艳萍
【作者单位】城市建设系;城市建设系
【正文语种】中文
【中图分类】TB657.2
【相关文献】
1.湿工况下表冷器总传热系数实验公式的改进 [J], 王晋生
2.水冷式表冷器传热研究(4)：表冷器总传热系数的一个新实验公式 [J], 王晋生
3.水冷式表冷器传热研究(5):用盘管表面平均温度法计算表冷器湿工况 [J], 王晋生
4.水流速对表冷器传热系数影响的分析 [J], 张伟;彭飞;冯翠花;孔晓鸣;周俊海;钱雪峰
5.输油管道总传热系数的计算和结蜡对总传热系数的影响 [J], 曾春雷;杨海东
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高温冷水表冷器结构设计与优化
高温冷水表冷器结构设计与优化摘要：表冷器是燃气轮机和航空发动机中的关键部件，在燃气轮机中主要作用是对燃气蒸汽混合物进行冷却，也是燃气轮机排气系统的重要部件。
目前我国对燃气轮机和航空发动机领域中表冷器的研究尚处于探索阶段，主要集中在以下几个方面：燃气-蒸汽-空气系统高温高密度传热系数及传热温差问题；高温高密度传热系数的热响应时间问题；表冷器整体性能优化设计方法及仿真研究；新型表冷器的优化设计方法研究。
此次研究主要内容是高温冷水表冷器结构设计与优化，希望能够为后期的发展提供一定的理论数据。
关键词：冷水表；结构设计；设计优化一、引言在航空发动机中，排气系统是一个至关重要的组成部分，对涡轮叶片、压气机等部件起着至关重要的作用，而其中重要的部件之一就是表冷器。
由于燃气-蒸汽-空气系统具有高温、高密度、多组分、传热系数大，并且热响应时间短等特点，使得其对表冷器的设计要求非常高。
随着燃气轮机工业的发展，表冷器在航空发动机中得到了广泛应用。
我国航空工业已进入快速发展阶段，燃气轮机工业也迅速地崛起。
航空发动机是我国“三大动力”中之一，我国自主研发生产的C919大飞机就是使用由我国自行研制的CFM56系列涡扇发动机作为动力执行机。
在我国现有的发动机装备中，燃气轮机和空冷航空发动机都采用了先进的热力循环模式。
而高温环境下由于高温气体温度高达1000℃以上，并且气体密度大且分子链较长，导致传热系数远低于传统自然循环过程，表冷器作为高温高压气体冷却的重要部件其在燃气-蒸汽-空气系统中扮演着非常重要的角色。
以表冷器为研究对象分析燃气轮机和航空发动机表冷技术的应用发展情况、表冷器整体性能参数设计、以及基于模拟仿真技术对表冷器设计进行改进。
二、系统设计（一）传热系数根据热交换理论，传热系数等于材料的热阻与所吸收的总热量之比。
因此，要使传热系数达到最大值要求材料的导热性能越高，即要使传热系数最大，必须采用较薄材料的换热器。
所用材料为铝基板。
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度，然而由于水膜温升及膜层热阻影响较小，计算时可认为紧贴冷凝水膜的饱和
空气边界层温度及水蒸气分压力与不存在水膜时一样。
由传热学可知，换热器的换热量可写为：
Ｑ＝ＫＰＡｔｄ
ｗ
（卜１）
式中： Ｋ一传热系数，Ｗ／（ｍ２·℃）；
卜传热面积，ｍ２；
△ｔ广对数平均温差，℃；
第一章绪论
当表面冷却器的尺寸及换热介质的温度给定时，表冷器的热交换能力主要取 决于传热系数Ｋ的大小．传热系数Ｋ是衡量表面冷却器热工性能的主要指标．如 果不考虑其它附加热阻，表面冷却器的传热系数常以阻下形式束表示：
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｖｙ ｐｌａｔ
ｆｉｎ．ａｎｄ—ｔｕｂｅ ｃｏｉｌｓ ａｆｔｅｒ ｓｏｍｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ａｌｓｏ
Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉＳ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｆｉｎｎｅｄ—ｔｕｂｅｓ，ｔｈｅ ｆｉｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｄｒｙ，ｗｅｔ ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｗｅｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｎ ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅＩ ｉＳ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｐｌａｔｅ ｆｉｎ—ａｎｄ—ｔｕｂｅ
器比千工况下有更大的热交换能力，或者说对同一台表面冷却器而言，在被处理
的空气干球温度和水温保持不变时．空气湿球温度愈高，表面冷却器的冷却减湿
能力愈大。
对于减湿冷却过程，由于外表面温度低于空气露点温度，在稳定工况下，可
咀认为，在整个外壁面上形成一层冷凝水膜，且水膜保持一定厚度，多余的冷凝
水不断的从换热面流走。冷凝过程中放出的凝结热使水膜温度略高于壁表面温
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｌｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：Ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ，Ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
第一章、绪论
第一章绪论
§１－１概述
在空调工程中广泛使用表冷器。表冷器以冷水和冷剂为冷媒，本课题主要以 以冷水为冷媒的表面冷却器为研究对象。表面式冷却器具有结构紧凑、水系统简 单、水系统阻力小等优点，而且在运行过程中水与空气不直接接触，故对水质无 卫生要求。在处理相同空气量时能实现较大的空气焓降和较高的温升，从而节约 水量。该设备由专门工厂定型生产，而且选择方便、安装简单，所以广泛应用于
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｋ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｉｌｓ ｉＳ ｍｏｓｔｌｙ ｍａｄｅ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ＶａｌＤｅＳ ｏｆ
Ｋ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｔｉａｌ ｆｏｒｍｕｌａｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ．ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ａｒｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｋ ｏｆ ｃｈｉｌｌｅｄ．ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
ｃｏｉｌｓ．ｔｈｅ ｃｏｌｌ ｉＳ ｍｏｄｅｌｅｄ ａＳ ａ ｐｕｒｅ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｎｌ ｔｕｂｅ
ｐａｓｓｅｓ ａｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｒｅｓｕｌｔ ｉ１１ ａ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ．
噩逸，二怒
耗用材料省和加工工艺先进 等优点。尤其使用专门模具加
窳丽
工肋片实现肋片穿孔的二次
ｄ》忻鞠ｑ
ｒ＇：扭曲血
翻边，如图卜３ｅ，保证了肋
图卜３
片的问距和肋片与管子的接触程度，进一步增强了传热效果。串片管生产的机械
化程度可以很高．现在大批铜管铝片的表面式换热器均用此法生产，因此在空调
工程中得到了广泛的应用。
具体来说就是分别固定进口水温、迎面风速、进口干湿球温度进行实验，先分别
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅＩ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｒｅｃｔ ｏｆ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌ
ｌ、两种流体之间的温差。
２、表冷器的构造型式。
３、空气的流速及其入口参数。
４、冷却介质的流速及其入口参数。
根据ＡＲＩ一８１标准．表面冷却器两种流体的进口参数大致在如下范围：
进口空气干球温度：
１８．３—３７．８Ｕ
进口空气湿球温度：
１５．６—２９．４℃
空气迎面风速：
１．５—４．１ｍ／ｓ（有时可低至１．０ｍ／ｓ，高至７．６ｍ／ｓ）
其冷媒管路也应串联。管路串联可以增加水流速，有利于水力工况的稳定和提高
传热系数，但是系统阻力有所增加，为了使冷媒与空气之间有较大温差，一般让
空气与冷媒之间按逆交叉型流动，即进水管路与空气出口位于同一测，出水管路
与空气进口位于同一侧。
２
第一章绪论
二、表面冷却器的热湿交换及其计算方法
表面冷却器的热湿交换（冷却介质和空气之间）的影响因素包括：
关键词：表冷器，传热系数，数值分析
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｉｒ－ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｉｌｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉＳ ｍａｉｎｌｙ ｅｍｂｏｄｉｅｄ ｂｖ ｔｌｌｅ ｈｅａｔ ｔｒａｉｌｓｆｅｒ
Ｂｙ ｇｕｅｓｓｉｎｇ ａ ｏｕｔｌｅｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ａｉｒ ｅｎｔｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｃｏｉｌ ｉＳ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ ｉｎｔｏ ｍａｎｙ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ
收热量的不同，联箱和肋管可有不同的连接方法
常用的表面式换熟器主要有以下两大类型：１ Nhomakorabea圆形肋管束
在管子外加圆形肋片，根据加工工艺的不同，又有以下几种圆形肋管，如图
卜２中所示。
１）绕片型。将金属带绕制在管子上，片型有皱褶形、Ｌ形和Ｉ（光滑片）。
皱褶形肋可增加传热面积和增强空气扰动，且绕制后的肋管经搪锡或锌处理，可
空调工程中。
一、表冷器的构造和类型
一黼一渺㈥眵
一嚣懈躺
幽１－１
图Ｉ－２
表面式换热器有光管式和肋管式两种，光管式表面换热器由于传热效率低已
经很少应用。如图卜ｌ所示，肋管式表面换热器主要有肋管、联箱和护板组成，
冷媒进入联箱ｌ后均匀的流过肋管，然后汇集入联箱２流出，空气则在肋管外流
过，根据处理空气的要求不同，可选用不同的肋管排数，根据水温升的要求和吸
Ｋ：『一．！一十堕＋三ｌ，ｗ／（ｍｚ．℃） Ｌｄａ‘ｒ／’｛ ＾ 瑾ｗｊ 式中：
ｏ。ｏ．一内外表面的换热系数，ｗ／（ｍ２·℃）； ６一管壁厚度，ｍ： ＾一管壁导热系数，ｗ／（ｍ·℃）：
Ｔ—肋化系数，ｆ＝Ｓｏｔ只：
Ｒ。Ｆ。一单位管长肋管的内、外表面积，ｍ２：
（卜２）
Ｅ一析湿系数，其定义式为：孝＝—与—土１，下标１表示空气的 。 Ｃ。【ｆ】一ｆ２Ｊ
在肋片上事先冲好相应
的孔，然后将肋片与管子串在
一起，经对管子进行机械或液 压扩管使其与肋片紧密结合。 肋片形式有平片、褶皱片及条
霸
缝片等形式，如图１－３所示。
这类换热器与圆形肋管
ｔ＇■排ｌｉ－片皓椅
泛渤硒Ｎ一
换热器相比，具有结构紧凑、
－、一，＾、、／，
在相同排数和相同迎风面积 的条件下，有较大的传热面 积、传热效果好、空气阻力小、
初状态，２为空气终状态．ｃ。为空气的定压比热，‘的大小直 接反映在减湿冷却过程中。它反映了凝结水析出的程度，又反映 由于湿交换存在使得传热量增大的程度，可以认为当表冷器表面 上出现凝结水时，外表面换热系数比只有潜热传递时增大了Ｉ 倍，显然，对于等湿冷却过程，‘＝１。 由式１．１和ｌ一２可见，当表面冷却器的结构型式一定时．等湿冷却过程的Ｋ 值只与空气侧和冷媒侧的表面热交换系数ａ。和ａ，有关，而减湿冷却过程的Ｋ值 除与ｎ．和ａ，有关外，还与过程的析湿系数Ｅ有关。由于ａ。与ａ，一般是水和空 气流动状况的函数，因此，在实际工作中往往把表面冷却器的传热系数整理成以 下形式的经验式：
冷水进口温度：
１．７一１８．３＂Ｃ
水流速：０．３—２．４＂Ｃ
表面式冷却器的热湿交换是在主体空气与紧贴表冷器的边界层空气之问的
温差和水蒸汽压力差作用下进行的，根据主体空气与边界层空气的参数不同，表
面冷却器可以实现两种空气处理过程：
当边界层空气温度虽低于主体空气温度，但尚高于其露点温度时将发生等湿
冷却过程或称干冷过程（干工况）：当边界层空气低于主体空气的露点温度时，
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｍａｒｃｈｉｎｇ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａｉｒ
ｉｎｌｅｔ ｔｏ ｏｕｔｌｅｔ．ａｎｄ ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｆ ｎｅｅｄｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ
增强肋片和管子的接触程度，所以此类换热器具有较高的传热效果，对于光滑肋