【正文】 徑的計(jì)算 混合氣體（熱程）通道： 由查相關(guān)參數(shù)表知：常壓氣體速度推薦值為（ 5~30） m/s 設(shè)在本設(shè)計(jì)中混合氣體的流速： u1＝ 20 m/s 則 混合氣體的體積流量 : V1＝ W1/ρ 1 ＝ ＝ m3/s 第二章 傳熱工藝計(jì)算 14 所以通道的截面積為： F1＝ V1/ u1＝ ＝ m2 根據(jù)工藝條件一般通道寬度取 5~20mm，所以本設(shè)計(jì)取 b1＝ 10mm 因?yàn)椋? b1＝ F1/ H （ 26） 式中 H— 螺旋板寬度 , m 由公式（ 26）可得： H＝ F1/ b1＝ ＝ 所以熱程通道的當(dāng)量直徑 de1為： de1＝（ 2H b1） /（ H+ b1） （ 27） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 27）得： de1＝（ 2 ） /（ +） ＝ m 冷程（冷卻水）通道 由于 Q 放 ＝ Q 吸 ＝ Q1＝ 且 Q 吸 ＝ W2Cp2 (t2－ t1) （ 28） 式中 : Q2— 冷流體的吸熱量 , W W2— 冷流體的質(zhì)量流量 , ㎏ /S Cp2— 冷流體的定壓比熱容 , J/（㎏℃） t2— 冷流體的出口溫度 , ℃ t1— 冷流體的進(jìn)口溫度 , 由已知條件知： Cp2＝ 4174 J/（㎏℃） t2＝ 39℃ t1＝ 29℃ 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 28）得 Q 吸 ＝ W2Cp2 (t2－ t1) 延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ＝ W2 4174 (39－ 29) 得 W2＝ 同理冷流體的質(zhì)量流量 W2為 W2＝ρ 2 V2 （ 29） 式中 : ρ 2— 冷流體的密度 ,㎏ /m3 V2— 冷流體的體積流量 ,m3/s 將已知數(shù)據(jù)帶入公式（ 29） 得 V2 ＝ m3/s 設(shè)水的流速為： u2＝ 2 m/s 通道的截面積 F2為： F2＝ V2/u2＝ ＝ ㎡ 通道寬度 b2＝ F2/H＝ ＝ 所以冷程通道的當(dāng)量直徑等于 de2＝（ 2H b2） /（ H+ b2） （ 210） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 210）得 de2＝（ 2 ） /（ + ） ＝ 雷諾數(shù) Re 和普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr[6] 混合氣體（熱程）通道雷諾數(shù) Re＝（ de1 u1ρ 1） /μ 1 （ 211） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 211）得 Re1＝（ 20 70） / 105 ＝ 1848000 混合氣體的普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr1＝（ CP1μ 1） / 1? （ 212） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 212）得 Pr1＝（ 3297 105 ） / 第二章 傳熱工藝計(jì)算 16 ＝ 式中 ： de— 通道的當(dāng)量直徑， m μ — 流體的粘度 ， Pa s u — 流體的速度 ， m/s ρ — 流體的密度 ， ㎏ /m3 λ — 流體的導(dǎo)熱系數(shù)， W/（ m℃） 冷程通道的雷諾數(shù) Re2由（ 211）得： Re2＝（ de2 u2ρ 2） /μ 2 （ 213） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 213）可得： Re2＝（ 2 ） / 103 ＝ 145527 冷流體的普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr2由（ 212）得： Pr2＝（ Cp2μ 2） / 2? （ 214） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 213）可得： Pr2＝（ 4174 103） / ＝ 給熱系數(shù)α的計(jì)算 因?yàn)闃?gòu)成傳熱面的螺旋形通道，考慮到螺旋板式換 熱器的強(qiáng)度和剛度，并使其傳熱效果較好，通常在螺旋板上安裝了一定數(shù)目的定距接。由于通道不是直線狀而是螺旋形，因此，通道傳熱系數(shù)的計(jì)算就要考慮到上述的情況。由于流體在換熱器中是對(duì)流傳熱，而對(duì)流傳熱的關(guān)鍵是通道中流體的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)流體的擾動(dòng)越激烈時(shí)，傳熱就越好。流體在通道中擾動(dòng)的激烈程度與流體的流速、物理性能及通道的幾何形狀有關(guān)，這些關(guān)系用一個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)雷諾數(shù)來表示。在圓形截面的直管中，當(dāng)雷諾準(zhǔn)數(shù) Re≥ 10000 時(shí)，流體為湍流狀態(tài)，這個(gè)數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。但對(duì)螺旋板式換熱器，它的通道為矩形截面，在這種情況下的臨界雷諾 數(shù)是多少呢 ?從已發(fā)表的文獻(xiàn)資料來看，對(duì)達(dá)到湍流時(shí)的臨界雷諾數(shù)的大小有不同的看法。目前來說，很難準(zhǔn)確的定出一個(gè)達(dá)到湍流時(shí)的雷諾準(zhǔn)數(shù)，近年來，我國(guó)一些研究單位用 DIHnB09ltor 公式計(jì)算湍流狀態(tài)下的傳熱系數(shù)，臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)按 Re＝ 6000，其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相近似，因此，推薦湍流狀態(tài)下的臨界雷諾數(shù)按 Re＝ 6000 計(jì)算 [1]。 計(jì)算螺旋板換熱器的傳熱系數(shù)的推薦公式是在圓形直管計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，考慮到螺旋矩形通道的影響，用一個(gè)含有當(dāng)量直徑 de的參數(shù)進(jìn)行修正而得出計(jì)算螺旋板式換熱延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 器的傳熱器的傳熱系數(shù)的公式。 由 前面計(jì)算出來所得的雷諾數(shù) Re 可以看出 Re1和 Re2均大于 6000。屬于湍流狀態(tài)的，下面就按湍流狀態(tài)下流體無相變的計(jì)算公式計(jì)算冷卻介質(zhì)和被冷卻介質(zhì)熱傳熱系數(shù)? [1]： . 0 2 3 1 3 . 5 4 R e Pr memedDd ?? ???????? （ 214） 式中： mD — 螺旋通道的平均直徑， m 02m dDD ?? （ 215） d— 中心管的直徑， m M— 指數(shù)，對(duì)被加熱的液體而言 m＝ ,對(duì)介質(zhì)為氣體時(shí)，無論被加熱或冷卻 m＝ ,對(duì)被冷卻的液體而言 m=， ?— 流體的導(dǎo)熱系數(shù)， W/（ m℃） pc — 流體的定壓比熱容， J/（㎏℃） ?— 流體的粘度 ， Pa s 設(shè)中心管直徑： d＝ 300 ㎜ 螺旋體外徑： D0＝ 1000 ㎜ 將數(shù)據(jù)代入（ 215）可得平均直徑： Dm＝ 02dD? 21000300?? ＝ 650 ㎜ 對(duì)被冷卻介質(zhì)（熱程通道） 因?yàn)閷?duì)冷卻介質(zhì) m＝ 已知 1? ＝ W/（ m℃）， 1ed ＝ m 1Re ＝ 1848000 Pr1＝ 根據(jù)（ 214）可得熱程通道的傳熱系數(shù) 1? 為： 11 1 110 . 0 2 3 1 3 . 5 4 R e P r memedDd ?? ???????? （ 216） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 216）可得熱程通道的傳熱系數(shù) 1? 為： 11 1 110 . 0 2 3 1 3 . 5 4 R e P r memedDd ?? ???????? ＝ （㎡℃） 第二章 傳熱工藝計(jì)算 18 對(duì)被加熱介質(zhì)（冷程通道） 因?yàn)閷?duì)被加熱介質(zhì) m＝ 已知 2?＝ W/（ m℃）， de2＝ m Re2＝ 145527 Pr2＝ 根據(jù)（ 214）可得熱程通道的傳熱系數(shù) 2? 為： 22 2 220 . 0 2 3 1 3 . 5 4 R e P r memedDd ?? ???????? （ 217） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 217）可得： 22 2 220 . 0 2 3 1 3 . 5 4 R e P r memedDd ?? ???????? ＝ W/（㎡℃） 總傳熱系數(shù) K[6] 總傳熱系數(shù) K 是評(píng)價(jià)換熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，也是換熱器的傳熱計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)。 K 的數(shù)值與流體的物性、傳熱過程的操作條件和換熱器的類型等有和很多因素有關(guān)，因此 K 值的變動(dòng)范圍較大。 在螺旋板換熱器中它對(duì)換熱面積的大小起著很大的作用，在設(shè)計(jì)中可以從三種途徑得到總傳熱系數(shù)。 （ 1） K 值的計(jì)算； （ 2） 實(shí)驗(yàn)查定； （ 3） 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 在本設(shè)計(jì)中采用計(jì)算的方法來確定總傳熱系數(shù) K 值。 用串聯(lián)熱阻的概念計(jì)算總傳熱系數(shù) K 值。 總熱阻的計(jì)算公式為： R＝ 1K ＝1 1 2 2m S m W m ms S w wF F F FF F F F??? ? ? ?? ? ? ? （ 218） 對(duì)螺旋板換熱器， 12S w WF F F F F? ? ? ? （ 219） 將（ 219）代入（ 218）變形可得 121 1 1swswR K??? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 220） 延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 12111SWSWK ??? ? ? ?? ? ? ? ? （ 221） 式中： SS??? — 為垢層總熱阻，㎡℃ /w； WW?? — 為伴材熱阻，㎡℃ /w； 所以根據(jù)本設(shè)計(jì)的的具體要求由公式（ 221）可得總傳熱系數(shù) K 為： 12111hcK rr?? ? ?? ? ? ? ? （ 222） 螺旋板為不銹鋼， 2?? ㎜ 導(dǎo)熱系數(shù)查得 ?＝ W/（ m℃） 污垢熱阻選 r1＝ r2＝ ?? ㎡℃ /w 將 h? 、 c? 、 ? 、 ? 和 1r 、 2r 代入（ 222）可得： K ＝ W/（㎡℃） 對(duì)數(shù)平均溫差 mt? 由于本設(shè)計(jì)中的流體的流動(dòng)方向采用的是全逆流操作。如圖 24 所示 圖 2— 4 逆流操作圖 所以： 1 1 2t T t? ? ? ＝ 110－ 39 ＝ 71℃ 2 2 1t T t? ? ? ＝ 60－ 29 第二章 傳熱工藝計(jì)算 20 ＝ 31℃ 對(duì)數(shù)平均溫差 ? ? ? ?1 2 2 11221lnmT t T ttTtTt? ? ???? （ 2