计算热管换热器

1. 《热工学》，《传热学》里面有计算公式和公式推导

2. 各种手册里有更为直接的工程计算方法和参数列表，比如机械类手册，热工类手册、暖通类手册，压力容器类手册。

3. 计算热管换热系数可以采用有限元方法，ansys 、abaqus 都可以，如果有流固耦合，也可以用fluent 和cfx ，甚至是基于workbench 的多物理场联合仿真。另外还有流程类仿真计算软件，如aspen 之类的，这个软件一般应用在石化领域，

计算换热器比较有优势。

热管换热器设计

一台锅炉排烟温度为160℃，要求设计一台热管换热器，用烟气余热加热进气以提高锅炉效率。已知参数：锅炉排烟量f V =189000m 3/h ，迎风面风速=f u 2.9m/s ，排烟温度=1f t 160℃，设定出口烟气温度=2f t 118℃。需要空气的流量V l =120000m 3/h ，进气温度℃251=l t ，空气风速为s m v f /9.2=

选取圆片翅片强化换热。翅片管材料选择碳钢（w C =1%）。热管参数：热管蒸发段长取l 0=3.16m ，管外径d 0=34mm ，管内径d i =29mm ，壁厚δ0=2.5mm ， 翅片高度H=12mm ，翅片厚度δ=2mm ，翅片间距mm s f 4.6=，那么翅片的节距

mm

s s f f 4.8'=+=δ，每根管肋片数为n f =3160/8.4=376片。管排选用叉排布置，

迎面横向管子距离设定为m S T 115.0=，翅片管纵向距离m S S T L 115.0==。由于烟气和空气的物性很相近，取相同的蒸发器和冷凝器结构参数。

1. 总换热量计算 定性温度t fm=℃1392

118

1602

t

21

=+=

+f f t

查物性得：

)

/(10473.3/10931.25682.0Pr )/(0793.1/8712.02

2

6

3

K m W s m K kg kJ c m kg f f f p f ⋅⨯=⨯==⋅==--λνρ，，，，

s Pa f ⋅=-610*22μ

烟气放热量

W

t c t m c Q f f f p f p 983.20733303600/42*189000*8712.0*1000*0793.1V ==∆=∆=ρ2.计算迎风面积A y 和迎风管排数B 迎风面积2

10.183600

*9.2189000m u V A f

f y ==

=

迎风面宽度m l A E y 73.516

.310.180

===

迎风面管子数根，取508.49115

.073.5===

=

B S E B T

3.冷空气出口温度及对数平均温差 冷空气出口温度：12l l

l pl l t V c Q t +=ρ

假设℃802=l t ，则5.522

25

80=+=

lm t ℃

查得52.5℃水的物性参数：)/(1005/085.13K kg J c m kg pl l ⋅==，ρ 则：℃0.82253600*20000

1*.0851*0051983.207333012=+=

+=

l l

l pl l t V c Q t ρ

再假设冷空气出口温度为℃822=l t ，则℃5.532

25

82=+=

lm t

查得53.5℃空气的物性参数：)/(1005/081.13K kg J c m kg pl l ⋅==，ρ 则：℃2.82253600*50000

1*.0811*0051983.207333012=+=

+=

l l

l pl l t V c Q t ρ

冷空气出口温度为：℃822=l t 空气侧定性温度为：℃

5.532

2582=+=lm t

物性：

698

.0Pr ,10

*8.19),/(0285.0)/(1005/081.16

3

==⋅=⋅==-l l l pl l K m W K kg J c m kg μλρ，，℃7882-160t ℃9325-118t 21==∆==∆，

对数平均温差℃3.857893ln 7893)

t t ln(

t -t 2

121,=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

∆∆∆∆=

∆o m t

4.计算总传热系数

①管束最小流通截面积NFA

2

0f 0T 946.950*16.3*]376*002.0*012.0*2)034.0115.0[(]l n 2H -)d -[(S =NFA m

B =--=δ ②烟气侧换热系数f h

)/(4.5986=)/(08.16555946

.9189000

*8712.02

2max ,s m kg h m kg NFA

V G f f f ⋅⋅==

=

ρ

7106.93=/2210*0.034*4.5986=/ d =Re 6

0max ,f f f

G μ 31.33682

.0*93

.7106*137.0Pr Re

137.03

/16338

.03

/16338.0===f

f

f

Nu

又f

f f

d h Nu λ/0=

故烟气侧换热系数)/(02.34034.0/03473.0*31.332

K m W d Nu h f

f f ⋅===λ

③空气侧换热系数l h

)/(3.6229=)/(43.13042946

.9120000

*081.12

2max ,s m kg h m kg NFA

V G l

l l ⋅⋅==

=

ρ

6221.14=/19.810*0.034*3.6229=/ d =Re 6

0max ,f l l G μ 85.30698

.0*14

.6221*137.0Pr Re 137.03

/16338

.03

/16338

.0===l

l

l Nu

又l l l d h Nu λ/0= 故空气侧换热系数)/(86.25034.0/0285.0*85.302

K m W d Nu h l l l ⋅===λ

④单根热管表面积A

由肋片的参数查传热学书（杨世铭，陶文铨 编著）P65图2-20得： 肋效率90.089.0==l f ηη，

肋片表面积2

020204411.1))2())2((4

*2(*376m

H d d H d A f =++-+=δππ

肋片之间的根部表面积为