热交换器原理与设计

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4. 热管换热器的分类 a. 按照工作温度分类， 低温热管：-273~0℃ 常温热管：100~250℃ 中温热管：250~450℃ 高温热管：>450℃ b. 按照凝液回流的作用力分类， 有芯热管 两相闭式虹吸管，又称重力热管 重力辅助热管 旋转热管 磁流体动力热管 c. 按照管壳—工作介质的材料分类， 铜-水热管 碳钢-水热管 铜刚复合-水热管 铝-氨热管 不锈钢-钠热管
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五、热管换热器
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1. 热管换热器的主要结构 热管是最基本元件，从外观上看通常是一根有翅片或无翅片的普通圆管它由管 壳、毛细多空材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）构成。 2. 热管换热器的工作原理 热管沿轴向分成蒸发段、绝热段、冷凝段。蒸发段受热。工作液体蒸发。蒸 汽流向冷凝段；蒸汽在冷凝段冷却凝结成液体，液体沿吸液芯靠毛细力的作用流 回蒸发端。 3. 优点： 很高的导热性能； 优良的等温性； 运行可靠性（没有运动部件）； 热流密度可变性； 热流方向的可逆性； 环境的适应性（热管的形状可以变化）
Principia and Design of Heat Exchanger Device
热交换器原理与设计
山东大学· 能源与动力工程学院 杜文静 电话: 8839900-2511
第三章
四、管翅式换热器
紧凑式热交换器
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1. 主要结构和原理
这类换热器用于气液热交换。气侧换热系数通常比液侧低（一个数量级）， 所以翅片在气侧。 优点：高传热系数，结构紧凑，高表面密度，承压性好 缺点：制造困难，不易清理和检修。 结构：管箱，翅片管、框架。翅片管由基管和翅片组合而成，基管通常为圆管Βιβλιοθήκη Baidu 也有扁平管和椭圆管。 分类：翅片管按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两大类。
4）压力损失计算
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5）空冷器设计要考虑的几个设计参数 a . b . c. d .
e . f.
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6）翅片管式热交换器的设计程序 a 确定设计参数：比如设计温度，流程，鼓风还是吹风，等等。 b 估算传热系数 c 计算最佳温升 d 估算传热面积 e 计算平均温差 f 估算传热面积 g 选型：管排数，管程数，迎风面积等 精确计算： h i j k l m n 计算管内对流换热系数 选取污垢热阻 计算管壁热阻 计算管外换热系数，如以光管外表面积为基准。 计算传热系数 计算传热系数 计算传热面积，和估算值进行比较
c）湿工况（伴有结露的空气冷却过程即减湿冷却过程） 在管外流体的对流换热热阻项上乘以析湿系数（最后一项 空气进出口的焓和温度
）
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3）对流换热系数 a. 空气横向流过圆管外环形翅片管束
高翅片管束
Y、H—翅片的间距、高度 G—最小流通截面处质量流速 kg/m2·h b. 空气横向流过圆管外横向矩形翅片管束 c. 外螺纹管束
6. 热管的传热极限
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Fo
β η ηf Ff ’ Lf
光管外表面积
翅化比 β=Ff /Fi 翅片壁面总效率 翅片效率
Fb’ 以翅片根部直径为基准的无翅片部分表面积 翅片管上翅片的表面积 翅片管的长度
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b）复合翅片管（翅片与基管为不同材料） 以光管外表面积（去掉翅片后）为基准
以翅片管外表面积为基准，包括翅片面积和无翅部分的管子面积。
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5. 热管的工作特性 吸液芯中凹形的气液界面的形成属于毛细现象。气液两侧存在压差Δ P，称为 毛细头。
加热段和冷却段的毛细头分别为Δ Pe’和Δ Pc’，则热管两端毛细压差Δ Pc：
当加热段（蒸发段）处于半球状凹面，冷却段（冷凝段）处于平面时，毛细 压差达到最大值，
热管正常工作的必要条件：
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2. 设计计算
1）传热量 基于翅片管光管外表面积F0 基于翅片管外表面积Ff，包括翅片面积和无翅部分面积。 2）传热系数 a. 单层翅片管 以光管外表面积为基准时
以翅片管外表面为基准时
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Ko
以光管外表面积为基准的传热系数
Kf
Ff Fi
以翅片管外表面积为基准的传热系数
翅片管外表面积 光管内表面积