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上海快3组合走势走势图:一種高效率節能管殼式換熱器的應用

點擊:1271 日期:[ 2014-04-26 22:13:56 ]
                               一種高效率節能管殼式換熱器的應用                                           劉江堅                   (邵陽紡織機械有限責任公司, 湖南邵陽 422000)     摘要:換熱器的結構型式不同,其換熱效率差別很大。對管殼式換熱器結構做出局部改動,可以提高換熱效率。     關鍵詞: 管殼式換熱器; 結構; 熱效率; 節能     中圖分類號: TS190.41 文獻標識碼: B 文章編號: 1005- 9350( 2007) 01- 0044- 01      換熱器是用來將一種流體的熱量傳給另一種充體的設備, 有混合式和間壁式之分。間壁式中又以管殼式換熱器應用最為廣泛, 因為它具有換熱效率高,結構簡單等特點。管殼式換熱器的熱量是由一種流體通過固體壁傳給另一種流體, 以此達到冷、熱流體熱量交換的目的。在染整行業中, 用于染色工藝的液流染色機就是采用這種型式的換熱器, 按染色工藝要求對循環染液進行升溫、保溫和降溫過程。      管殼式換熱器已有比較成熟的設計經驗,國家也有相應的設計、制造和檢驗標準,如GB151管殼式換熱器。在具體設計中,按使用工況條件,確定始終溫度、升溫速率、傳熱量和傳熱系數,最后計算換熱面積。如果滿足不了使用條件,則一般是通過增加換熱面積來提高傳熱量。 經實踐證明, 這種設計方法是可行的。      換熱器用于水、蒸汽的熱交換過程中,一般是蒸汽通過殼程,水通過管程。管殼式換熱器中的管程,是由列管組成,并且被殼程圓筒所包圍。按GB151規定,計算換熱面積都是以換熱管(列管)外表面積為基準,而殼程圓筒內表面積由于沒有與管殼內流體進行壁的熱量傳遞,所以這部分傳熱面積實際上沒有被利用,至使通過此面積的熱量傳入大氣浪費掉了。鑒于這種情況,如果對結構做出局部改變, 設法讓這部分面積與管殼相接觸, 那么將會提高換熱效率。     1 結構設計與換熱計算     1.1 結構設計      通常, 管殼式換熱器的結構是在一個直徑大的圓筒內按一定的排列方式排列很多直徑小的管子, 這些小管子的外表面積即為傳熱面積。如果管程內走低溫流體, 殼程內走高溫流體, 那么高溫液體的熱量將通過小管子(稱為換熱管)壁傳導給管程內的低溫流體,與此同時, 殼程內高溫流量的部分熱量還要通過圓筒壁傳導給外部大氣, 這部分熱量實際上沒有被利用。      為了能夠利用這部分流失的熱量, 我們在殼程圓筒的外周間隔一定距離再套了一個同心圓筒, 在二個圓筒之間形成一個流道, 并與管程相通, 讓一部分低溫流體從這里通過, 這樣, 原來殼程與大氣相傳導的熱量就會傳給低溫流體。     1.2 換熱計算      換熱器的換熱計算,一般采用的是傳熱基本方程式: q=K·A△tm,式中的參數q表示傳熱量,它表明換熱器的傳熱能力。該值與換熱器的形式、種類和結構密切相關,一般是根據具體工藝條件所需的熱負荷來確定的。式中K表示傳熱系數,它的物理意義是冷、熱流體之間的溫差為1℃時,單位小時通過單位傳熱面積所傳遞的熱量。在設計中,傳熱系數的選取范圍很大,如何合理確定該值,是換熱器計算中的一個重要問題。除用計算方法求得外,還可由實驗測定和選取經驗數據獲得。參數△tm表示冷、熱流體溫度差的平均值。A表示換熱面積。      從傳熱基本方程式中可以看出,改變等式右邊任一個參數,都可以提高傳熱量。在具體的設計中,傳熱系數和平均溫差受到的制約條件較多,而增加換熱面積相對來說較為簡單,同時也是一種強化傳熱過程的有效措施。     通常的計算中,換熱面積是以換熱管的外表面積來計算。如換熱管的外徑為d,有效長度為L,管子根數為n,則換熱面積為:A1=d·π ·L·n      如果采用我們前面提到的結構, 那么應該還有一部分換熱面積要參加換熱。假設殼程圓筒的內徑為D,長度與換熱管有效長度相等(這里的管、殼程假設均為單程),則這一部分換熱面積為:A2=D·π ·L,該種結構換熱器的總換熱面積為A=A1+A2=d·π ·L·n+D·πL=πL(d·n+D)·     顯然比普通管殼式換熱器的換熱面積增大, 也意味著傳熱能力的提高。     2 應用實例     現有一臺管殼式換熱器用于液流染色機中, 作為循環染液的升溫、保溫和降溫之用?;蝗裙芪眨玻怠粒玻恚聿恍飧止?, 有效長度1000 mm, 數量為59根, 殼程圓筒內徑為φ300 mm。管程通循環染液(水溶液), 殼程通飽和水蒸汽。現按二種結構分別計算換熱面積。     (1)以換熱管外表面為基準   A=d·πL n=0.025×π×1×59=4.63 m2·     (2)以換熱管外表面和殼程圓筒內表面為基準     換熱管外表面與1)相同, A1=d·π·L·n=4.63 m2     殼程圓筒內表面: A2=D·π·L=0.3×π×1=0.94 m2     總換熱面積: A=A1+A2=4.63+0.94=5.57 m2     由上述計算結果可知, 采用第二種結構, 換熱面積增加了20 %, 提高了換熱能力。      3 與普通管殼式換熱器的比較      (1) 在相同的工藝條件下, 增加了換熱面積, 提高換熱效率, 并減少了能源浪費。      (2) 由于殼程圓筒外側與管程相通, 所以殼程與管程的膨脹差可以不計, 不需另設置膨脹節。      (3) 與普通管殼式換熱器具有相同換熱面積的該種結構, 可以減少換熱管數量, 降低管程中流體的壓力降損失, 并節省一定的使用空間。      4 參考文獻     〔1〕〔日〕尾花英朗著, 徐中權譯.熱交換器設計手冊〔M〕.     〔2〕GB151- 1999.管殼式換熱器〔S〕
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