高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備翅片管換熱器的傳熱計(jì)算

高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備翅片管換熱器的傳熱計(jì)算

蒲彥君

(甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州730030)

摘要:翅片管換熱器是高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的供熱裝置，通過對(duì)翅片管換熱器的翅化比、對(duì)流換熱系數(shù)、傳熱系數(shù)及阻力的計(jì)算，得到了翅片管換熱器的壓降及翅片管的管數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明翅片管換熱器換熱能力強(qiáng)，傳熱系數(shù)高。
    關(guān)鍵詞:翅片管;翅化比;傳熱系數(shù);對(duì)流換熱系數(shù);壓降
    中圖分類號(hào):S22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006－4414(2010)04－0073－02
    1·引言
    高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備采用閉式熱風(fēng)分段分倉(cāng)設(shè)計(jì)，將干燥過程分成若干個(gè)可適應(yīng)不同溫度的閉環(huán)熱風(fēng)干燥單元，翅片管換熱器是干燥單元的供熱裝置，根據(jù)各干燥階段(恒速階段、降速階段)所需熱量的不同，干燥單元內(nèi)翅片管換熱器的數(shù)量按照物料干燥階段所需熱量進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)。筆者通過對(duì)翅片管各參數(shù)的計(jì)算分析，得出翅片管的壓降和所需數(shù)量。為高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的熱源選擇提供了計(jì)算依據(jù)。
    2·翅片管基本參數(shù)介紹
    翅片管的結(jié)構(gòu)特性、材質(zhì)及加工方法可用以下數(shù)字或符號(hào)表示:CPG(ΦDb×δ/Df/P/T－X/Y－A)，高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備換熱器翅片管的基管采用不銹鋼，翅片為鋁片，依據(jù)表示方法，翅片管型號(hào)可表示為CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3－C304/Al)［1］。翅片管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

             
    3·翅片管翅化比計(jì)算［2］

    
    4·翅片管換熱和阻力計(jì)算［2，3］
    翅片管的排列有順排式和叉排式，順排翅片管壓降小，換熱系數(shù)小，翅片管叉排壓降大，換熱系數(shù)大，所以高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的翅片管采用叉排，排布如圖2所示。

           
    4．1計(jì)算空氣質(zhì)量流速
    在計(jì)算空氣質(zhì)量流速時(shí)，先應(yīng)計(jì)算有效迎風(fēng)面積S0，其面積為0．85m2。

    
    4．2最窄迎風(fēng)面積及最窄迎風(fēng)面上質(zhì)量流速計(jì)算

    
    根據(jù)式(6)可計(jì)算出最窄迎風(fēng)面積，將式(5)、(6)帶入式(7)中，可計(jì)算出最窄迎風(fēng)面積上的質(zhì)量流速。
    4．3翅片管換熱系數(shù)計(jì)算
    高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備為分段式干燥，由于干燥階段的不同，干燥系統(tǒng)所需的熱量也不相同，在計(jì)算時(shí)，要依據(jù)干燥段分別計(jì)算，先求取各干燥段的平均溫度t’;查取該溫度下空氣的物性值密度，ρ;黏度，μ;導(dǎo)熱系數(shù)，λ;普朗特?cái)?shù)，Pr。依據(jù)式(8)計(jì)算換熱系數(shù)。

    
    4．4翅片的有效性
    翅片的有效性是指在加裝上翅片以后，以基管(光管)外表面為基準(zhǔn)的換熱系數(shù)增加倍數(shù)經(jīng)推導(dǎo)，有下列關(guān)系式:
    h0=h×［(A0+Af)η/Ab］
    式中:h0為以光管外表面積為基準(zhǔn)的對(duì)流換熱系數(shù)，它代表加裝翅片以后的總效果;由于A0?Af，故上式可簡(jiǎn)化為:h0=h×η×β(9)
    翅片管的效率η計(jì)算比較復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)，可依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)相似的翅片管進(jìn)行選擇，翅的有效性h0=756．7w/(m2·℃)。
    4．5翅片管傳熱系數(shù)計(jì)算
    4．5．1摩擦系數(shù)計(jì)算
    f是摩擦系數(shù)，是一個(gè)無因次數(shù)。對(duì)于按等邊三角形排列的管束，由下面的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算:

    
    4．5．2傳熱系數(shù)計(jì)算 
    K=h0×f(11)
    將式(9)、(10)代入式(11)中，經(jīng)計(jì)算，型號(hào)為CPG(?18×2．5/37/2．5/0．3?C304/Al)的翅片管傳熱系數(shù)K為622．22 W/(m2·℃)。
    4．6翅片管束數(shù)量計(jì)算
    通過上述計(jì)算，可以進(jìn)行翅片管換熱器的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿就是傳熱公式，在以傳熱面積作為設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，傳熱公式可寫為:

    
    式中:Q為傳熱量(熱負(fù)荷)kW或W;K為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃);ΔT為傳熱溫差，℃。先進(jìn)行傳熱溫差計(jì)算，翅片管熱交換如圖3所示。

            
    將傳熱溫差ΔT帶入式中，可得傳熱面積A，可用式(15)計(jì)算干燥設(shè)備所需翅片管數(shù)量。
    N=A/πD0 L(14)
    經(jīng)過計(jì)算，高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備共需翅片管460根。翅片管為叉排排列。
    4．7翅片管束的換熱和阻力計(jì)算
    在流體繞流翅片管束的流動(dòng)阻力計(jì)算中，采用Briggs和Young的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，Briggs和Young的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算條件如下:

    
    經(jīng)計(jì)算，滿足Briggs和Young的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算條件，可以使用公式(15)進(jìn)行計(jì)算，在第I級(jí)、在第II級(jí)各組翅片管壓降ΔP計(jì)算如表1所示。

            
    翅片管束采用叉排排列，有較大的質(zhì)量流速，結(jié)構(gòu)更為緊湊，換熱效率提高。
    5·結(jié)論
    由于翅片管的傳熱是一個(gè)極為復(fù)雜的過程，目前，還沒有能夠精確計(jì)算的公式，一般都采用經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算表明:型號(hào)為CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3?C304/Al)的翅片管換熱效率好，對(duì)流換熱系數(shù)、傳熱系數(shù)大。隨著項(xiàng)目的后續(xù)進(jìn)行，干燥設(shè)備傳熱研究分析將進(jìn)一步深入。
參考文獻(xiàn):
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