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高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备翅片管换热器的传热计算点击：1927 日期：[ 2014-04-26 21:35:44 ] |
| 高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备翅片管换热器的传热计算 蒲彦君 (甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州730030) 摘要:翅片管换热器是高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备的供热装置，通过对翅片管换热器的翅化比、对流换热系数、传热系数及阻力的计算，得到了翅片管换热器的压降及翅片管的管数，计算结果表明翅片管换热器换热能力强，传热系数高。 关键词:翅片管;翅化比;传热系数;对流换热系数;压降 中图分类号:S22文献标识码:A文章编号:1006－4414(2010)04－0073－02 1·引言 高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备采用闭式热风分段分仓设计，将干燥过程分成若干个可适应不同温度的闭环热风干燥单元，翅片管换热器是干燥单元的供热装置，根据各干燥阶段(恒速阶段、降速阶段)所需热量的不同，干燥单元内翅片管换热器的数量按照物料干燥阶段所需热量进行匹配性设计。笔者通过对翅片管各参数的计算分析，得出翅片管的压降和所需数量。为高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备的热源选择提供了计算依据。 2·翅片管基本参数介绍 翅片管的结构特性、材质及加工方法可用以下数字或符号表示:CPG(ΦDb×δ/Df/P/T－X/Y－A)，高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备换热器翅片管的基管采用不锈钢，翅片为铝片，依据表示方法，翅片管型号可表示为CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3－C304/Al)［1］。翅片管结构如图1所示。 3·翅片管翅化比计算［2］ 4·翅片管换热和阻力计算［2，3］ 翅片管的排列有顺排式和叉排式，顺排翅片管压降小，换热系数小，翅片管叉排压降大，换热系数大，所以高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备的翅片管采用叉排，排布如图2所示。 4．1计算空气质量流速 在计算空气质量流速时，先应计算有效迎风面积S0，其面积为0．85m2。 4．2最窄迎风面积及最窄迎风面上质量流速计算 根据式(6)可计算出最窄迎风面积，将式(5)、(6)带入式(7)中，可计算出最窄迎风面积上的质量流速。 4．3翅片管换热系数计算 高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备为分段式干燥，由于干燥阶段的不同，干燥系统所需的热量也不相同，在计算时，要依据干燥段分别计算，先求取各干燥段的平均温度t’;查取该温度下空气的物性值密度，ρ;黏度，μ;导热系数，λ;普朗特数，Pr。依据式(8)计算换热系数。 4．4翅片的有效性 翅片的有效性是指在加装上翅片以后，以基管(光管)外表面为基准的换热系数增加倍数经推导，有下列关系式: h0=h×［(A0+Af)η/Ab］ 式中:h0为以光管外表面积为基准的对流换热系数，它代表加装翅片以后的总效果;由于A0Af，故上式可简化为:h0=h×η×β(9) 翅片管的效率η计算比较复杂，在计算时，可依据结构参数相似的翅片管进行选择，翅的有效性h0=756．7w/(m2·℃)。 4．5翅片管传热系数计算 4．5．1摩擦系数计算 f是摩擦系数，是一个无因次数。对于按等边三角形排列的管束，由下面的实验关联式计算: 4．5．2传热系数计算 K=h0×f(11) 将式(9)、(10)代入式(11)中，经计算，型号为CPG(18×2．5/37/2．5/0．3–C304/Al)的翅片管传热系数K为622．22 W/(m2·℃)。 4．6翅片管束数量计算 通过上述计算，可以进行翅片管换热器的工艺设计。设计的出发点和归宿就是传热公式，在以传热面积作为设计目标时，传热公式可写为: 式中:Q为传热量(热负荷)kW或W;K为传热系数，W/(m2·℃);ΔT为传热温差，℃。先进行传热温差计算，翅片管热交换如图3所示。 将传热温差ΔT带入式中，可得传热面积A，可用式(15)计算干燥设备所需翅片管数量。 N=A/πD0 L(14) 经过计算，高效节能钢带式果蔬绿色干燥装备共需翅片管460根。翅片管为叉排排列。 4．7翅片管束的换热和阻力计算 在流体绕流翅片管束的流动阻力计算中，采用Briggs和Young的实验关联式，Briggs和Young的实验关联式计算条件如下: 经计算，满足Briggs和Young的实验关联式计算条件，可以使用公式(15)进行计算，在第I级、在第II级各组翅片管压降ΔP计算如表1所示。 翅片管束采用叉排排列，有较大的质量流速，结构更为紧凑，换热效率提高。 5·结论 由于翅片管的传热是一个极为复杂的过程，目前，还没有能够精确计算的公式，一般都采用经验公式，计算表明:型号为CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3–C304/Al)的翅片管换热效率好，对流换热系数、传热系数大。随着项目的后续进行，干燥设备传热研究分析将进一步深入。 参考文献: ［1］金国淼．化工设备设计全书之干燥设备［M］．北京:化学工业出版社，2002． ［2］刘广文．干燥设备设计手册［M］．北京:机械工业出版社，2009． ［3］史美中，王中铮．热交换器原理与设计［M］．南京:东南大学出版社，2009． |
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