[發明專利]一種換熱器用分段熱工計算方法

有效

• 申請號: 202110726074.3
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113378404B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 馬石磊;楊志剛;陸毓穎;程錦
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本發明所涉及的換熱器冷熱側介質流動形式為順流或擬流，介質的物性隨壓力和溫度的變化存在較大差異。針對上述換熱器，本發明的技術方案是提供了一種換熱器用分段熱工計算方法，其特征在于，包括以下步驟：初步布置換熱器冷熱側介質的流動結構形式參數；根據給定熱平衡參數，按照熱平衡計算式求出冷熱側進出口溫度中待定的溫度；進行第1段換熱器至第N段換熱器的設計計算。本發明可以應用于介質隨溫度和壓力變化范圍較大的換熱器熱工設計過程，屬于一種全新的分段計算方法，運用該方法，換熱器的設計精度將會大大提高。

技術領域

本發明涉及一種換熱器分段熱工計算方法，用于計算介質物性隨壓力和溫度變化比較劇烈的換熱過程設計，屬于換熱器傳熱研究領域。

背景技術

目前針對于換熱器的總體設計方法主要是對數平均溫差法(出自楊世銘、陶文銓編著的《傳熱學》第四版)，該方法的主要步驟如下：

步驟(1)：初步布置換熱器的布管結構參數(包括換熱管規格和數量、節距、殼程流動形式等)，計算相應的傳熱系數K。

步驟(2)：根據給定熱平衡參數，按照熱平衡計算式求出冷熱側進出口溫度中待定的溫度。

步驟(3)：由冷熱側介質的4個進出口溫度確定總體對數平均溫差Δtm，計算時注意保持修正系數Ψ具有合適的數值。

步驟(4)：由傳熱方程式Q＝KAΔtm計算換熱器所需的換熱面積A，并核算冷熱側的流體阻力是否滿足設計要求，式中，Q為換熱器的總換熱量。

步驟(5)：如果冷熱側流動阻力過大，則需重新布置換熱器的布管結構參數，從步驟(1)開始重新計算。

使用對數平均法需滿足兩個前提：第一)傳熱系數在整個換熱面上不變；第二)冷熱側介質的比熱在整個換熱面上不變。當冷熱側介質的物性如密度、比熱、導熱系數和動力粘度等隨溫度的上升/下降變化較大時，該方法便不再適用。

史美中、王中錚編著的《熱交換器原理與設計》中提到一種分段計算方法，該方法屬于一種分段計算方法，僅適用于介質的比熱隨溫度變化的情況。具體步驟如下：

步驟(1)：初步布置換熱器的布管結構參數(包括換熱管規格和數量、節距、殼程流動形式等)。

步驟(2)：在已知冷熱側介質的比熱隨溫度的變化關系時，換熱器的換熱過程用圖1表示。

步驟(3)：將Q-t曲線分段，每段可以近似取為直線關系，計算出各個小段的換熱量ΔQ_i。

步驟(4)：按具體情況用對數平均的方法或算數平均的方法求出各段的平均溫差Δt_i。

步驟(5)：分別計算各段冷熱側的定性溫度，查詢各段管殼程介質的物性，如：密度、比熱、導熱系數和動力粘度等。

步驟(6)：根據傳熱計算公式，分別計算冷熱側的換熱系數，匯總得到每個小段的總體換熱系數ΔK_i。

步驟(7)：由各段的傳熱方程式Q_i＝K_iA_iΔt_i計算換熱器所需的換熱面積A_i，將各段的換熱面積匯總得到換熱器的總體換熱面積，并核算冷熱側的流體阻力是否滿足設計要求。

步驟(8)如果冷熱側流動阻力過大，則需重新布置換熱器的布管結構參數，從步驟(1)開始重新計算。

發明內容

本發明的目的是：針對以隨溫度和壓力變化較大的物性為換熱介質的換熱器提出一種分段計算方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種換熱器用分段熱工計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、初步布置換熱器冷熱側介質的流動結構形式參數；