设计你的第一个空冷器
华南理工空气冷却器设计
题目：空气冷却器设计学院机械与汽车工程学院专业过程装备与控制工程学生姓名学生学号指导教师提交日期2011 年06月06日毕业设计(论文)任务书兹发给07过控1 班学生毕业设计(论文)任务书，内容如下：1、毕业设计(论文)题目：空气冷却器的设计2、应完成的项目：(1)了解换热器在各行业的用途；(2)换热器机械计算；(3)传热工艺计算；(4)画施工图，折合为3张以上0号图，其中总装图为0号图；(5)按规定和规范翻译参考文献5000汉字，并写毕业论文。
3、参考资料以及说明：(1)《GB151-99钢制管壳式换热器》国家技术监督局发布(2)《GB151-98钢制管壳式换热器》国家技术监督局发布(3)《AutoCAD2005压力容器设计》栾春远编著，化学工业出版社(4)《过程设备设计》郑津洋等著，化学工业出版社(5)《化工设备设计手册》上下卷朱有庭，曲文海，于浦义主编(6)《机械设计手册》，化学工业出版社(7)《化工原理》上下册，邹华生等主编，华南理工大学出版社(8)压力容器安全技术监察规程.国家技术监督局(9)换热器设计.上海科学技术出版社，1987(10)流体力学与传热.华南理工大学出版社，20064、本毕业设计(论文)任务书于年月日发出，应于年月日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。
指导教师签发，年月日教研组(系、研究所)负责人审核，年月日摘要本文主要围绕空气冷却器，即卧式固定管板式换热器的设计展开说明，本说明共分五章。
第一章为绪论，主要介绍本设计课题的选题背景，选题意义以及调研情况，并对本设计的主要工作进行规划。
第二章为方案论证，对换热器的传热原理进行了简述。
并对换热器进行了分类，并对各类换热器作了简短的描述，最后着重介绍了本次设计主题，固定管板式换热器。
第三章为设计论述，对固定管板式换热器的主要部件的设计作了详细的描述，其中包括：管程的设计，筒体的设计与强度校核，折流板的设计，管箱的设计与强度校核，封头的设计与强度校核，管板的设计与强度校核，是否安装膨胀节的判定，鞍式支座的选取与开孔补强的计算。
空冷器的设计范文
空冷器的设计范文空冷器是一种用于将热量从物体中移走的设备。
它通常包括一个风扇和一些散热片，通过自然对流或强迫对流的方式将热量散发到空气中。
空冷器被广泛应用于电子设备、汽车发动机、工业设备等领域。
在设计空冷器时，需要考虑以下几个关键因素：1.散热性能：空冷器的主要功能是降低物体的温度，因此散热性能是设计的首要考虑因素。
散热性能取决于风扇的风量和风压，以及散热片的材料和形状。
风量越大，风压越高，散热效果就越好。
散热片的材料通常选择导热性能较好的金属，如铝和铜。
此外，散热片的形状也对散热性能有重要影响。
一些常见的散热片形状包括翅片、管状、鳍片等。
2.噪音水平：由于空冷器通常会安装在需要安静环境的地方，如办公室、居住区域等，因此噪音水平也是设计的重要考虑因素。
减少噪音的方法包括优化风扇叶片的形状，增加风扇叶片的数量，设计低噪音的轴承等。
3.体积和重量：空冷器通常是紧凑且轻便的，因为它们需要安装在有限的空间中，如电子设备的机箱内部。
设计时需要充分考虑空间限制，尽量减小体积和重量。
一些常见的减小体积和重量的方法包括使用轻质材料，采用紧凑的散热片布局，以及优化风扇的设计。
4.可靠性：空冷器通常需要在恶劣的环境条件下运行，如高温、高湿度、灰尘等。
因此，设计时需要考虑其可靠性。
采用高品质的材料和优化的结构设计，可以增加其抗腐蚀、抗震动和抗老化能力。
5.能效：随着能源资源的紧缺和环境保护的呼声，能效成为设计的一个重要指标。
通过采用高效的风扇、低功率的驱动电路、优化的散热片布局等方式，可以提高空冷器的能效。
综上所述，设计空冷器需要综合考虑散热性能、噪音水平、体积和重量、可靠性以及能效等多个因素。
通过优化这些因素的设计，可以得到适用于各种应用场景的高性能、低成本和可靠的空冷器。
空冷器的工艺设计
空冷器的工艺设计空冷器的工艺设计根据当地的气象条件，尽可能多地使用干式空冷器，尽量避免使用增湿空冷器。
1.1.1空冷器的设计温度空冷器设计温度为35℃。
空冷后温度确定：如果选用空冷器，但工艺考虑要求后冷，空冷和水冷之间的温度分界点一般为50℃，不大于60℃。
若物流空冷后不需要后水冷（即要求的物流送出温度大于50℃），可以将物流用空冷冷却到所需温度，如柴油产品出装置温度为50℃，可以考虑用空冷直接冷却到50℃。
空冷器入口温度应尽量降低，可通过换热的方式回收热量，降低能耗。
一般空冷器入口温度不宜大于150℃。
空气冷却器的接近温差（热流出口温度与冷流入口温度之差）不应低于15℃。
1.1.2空冷器的管排数的确定空冷器的管排数对投资和操作费用影响较大。
一般情况下选用多管排数比较经济。
然而当管排数多时，相应的风速不能太高，否则阻力很大，所需的风机功率会很高。
而风速降低使得管外传热系数下降、空气出口温度升高、传热温差减小，致使所需的传热面积大幅度增加。
空冷器的经济管排一般为6 管排。
根据各个装置的具体情况，尽量采用6 管排的空冷器，在采用6 管排空冷器不合理的情况下，可以采用4 管排的空冷器，对8 管排的空冷器宜少采用。
1.1.3空冷器的管程数的确定空冷器管程数根据压降和面积综合考虑确定。
冷凝过程：如果对数平均温差校正系数＞0.8，可采用一管程，否则考虑用两管程。
对含不凝气的部分冷凝，用两管程或多管程。
管程流体允许压力降大和流体温度变化范围较大的可选用多管程。
1.1.4加热盘管的设计、百叶窗和风机的选取对易凝的介质可在空冷器的管排下面设置一排蒸汽加热盘管，但加热盘管不宜太多，要考虑水击的问题。
对于特别易凝的流体，可以考虑采用热风循环方式的空气冷却器。
空冷器一般不设百叶窗。
对一些重要的、操作条件苛刻的空冷器，可根据装置的使用经验，确定是否设置百叶窗。
风机的选取需要考虑噪声的影响，风机单机的噪声要求限制在85dB 以下，风机群的噪声要求限制在90dB 以下。
HTRI空冷器教程
HTRI7 教程01界面熟悉1.双击快捷图标，打开程序界面：HTRI启动界面2.创建一个“新的空冷器”3.设置自己熟悉的一套单位制，比如MKH公制，也可以通过<Edit…>来自定义。
4.接下来就是将界面中的“红框”也就是缺少的参数按你将要设计的工况填写完整，包括如下几部分的数据，4.1 “Process”工艺条件：包括热流体侧和空气侧；4.2 “Geometry”机械结构：包括管子、管束、风机等；5.当输入数据足够所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击"绿灯"图标运行。
02工艺参数输入1.点击左边目录栏的“Process”标签，右边显示的就是供工艺参数输入的界面：2.我们从上到下依次来看需要输入的参数：*为必要输入参数2.1 Fluid name –流体名称，这里没有红框，不是必须输入的，就是自己定义下流体描述比如“Propylene”“Oil”“Wet Air”等，要注意的是程序对中文字符不支持，那么大家多写写英文就是了～本帖隐藏的内容2.2 Phase/Airside flow rate units –流体相态/空气侧的流量单位*2.3 Flow rate –流量不必多解释，热侧为质量流量。
2.4 Altitude of unit(above sea level) –海拔高度*2.5 Temperature –流体的温度，单位°C (SI,MKH), °F(US)，这里要注意的是想输入0度，那么请填 0.001，不然0或0.0的输入都将被程序认为是没有输入（这个原则在HTRI程序的其他地方也适用）。
2.6 Weight fraction vapor –重量气相分率，那么全气相就是1，全液相就是0咯。
2.7 Pressure reference –压力参照点，就是接下来你输入的操作压力值指的是进口压力还是出口压力。
2.8 Pressure–操作压力。
HTRI空冷器教程
H T R I7教程01界面熟悉1.双击快捷图标，打开程序界面：HTRI启动界面2.创建一个“新的空冷器”3.设置自己熟悉的一套单位制，比如MKH公制，也可以通过<Edit…>来自定义。
4.接下来就是将界面中的“红框”也就是缺少的参数按你将要设计的工况填写完整，包括如下几部分的数据，4.1 “Process”工艺条件：包括热流体侧和空气侧；4.2 “Geometry”机械结构：包括管子、管束、风机等；5.当输入数据足够所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击"绿灯"图标运行。
02?工艺参数输入1.点击左边目录栏的“Process”标签，右边显示的就是供工艺参数输入的界面：??2.我们从上到下依次来看需要输入的参数：*为必要输入参数2.1 Fluid name –?流体名称，这里没有红框，不是必须输入的，就是自己定义下流体描述比如“Propylene”“Oil”“Wet Air”等，要注意的是程序对中文字符不支持，那么大家多写写英文就是了～本帖隐藏的内容2.2 Phase/Airside flow rate units –?流体相态/空气侧的流量单位*2.3 Flow rate –?流量不必多解释，热侧为质量流量。
2.4 Altitude of unit(above sea level) –?海拔高度*2.5 Temperature –?流体的温度，单位°C (SI,MKH), °F(US)，这里要注意的是想输入0度，那么请填 0.001，不然0或0.0的输入都将被程序认为是没有输入（这个原则在HTRI程序的其他地方也适用）。
2.6 Weight fraction vapor –?重量气相分率，那么全气相就是1，全液相就是0咯。
2.7 Pressure reference –?压力参照点，就是接下来你输入的操作压力值指的是进口压力还是出口压力。
空调技术发展史
空调技术发展史及展望——邓忠凯一．世界空调的发展史1901年美国的威利斯·开利(Willis H．Carrier)博士在美国建立了世界上第一所空调试验研究室。
1902年，美国纽约布鲁克林的一家印刷厂在印刷过程中遇到了困难，由于温度和湿度不恒定，裁剪纸张和调色的工作都受到了影响，画面模糊。
1902年7月17日开利博士为他们设计了世界公认的第一套科学空调系统。
由于开利博士发明的这套科学空调系统实现了对空气湿度的控制，空调行业将这项发明视为空调业诞生的标志。
空调的发明已经列入20世纪全球十大发明之一，它首次向世界证明了人类对环境温度、湿度、通风和空气品质的控制能力。
1906年，开利博士获得了“空气处理装置”的专利权。
这是世界上第一台喷水室，它可以加湿或干燥空气。
这一装置改善了温湿度控制的效果，使全年性空调系统能够满意地应用于200种以上不同类型的工厂。
1911年12月，开利博士得出了空气干球、湿球和露点温度间的关系，以及空气显热、潜热和比焓值间关系的计算公式，绘制了湿空气焓湿图。
他将自己提出的“温湿度基本原理”递交给美国机械工程师协会(ASME—American Society of Mechanical Engineer)，得到了工程师们的广泛认可，成为空调行业最基本的理论。
这一理论被翻译成多种语言，湿空气焓湿图成为今日所有空调计算之基础，它是空气调节史上的一个重要里程碑。
1922年，开利博士还发明了世界上第一台离心式冷水机组，如今该机组陈列于华盛顿国立博物馆。
1937年，开利博士又发明了空气一水系统的诱导器装置，是目前常见的风机盘管的前身。
个人拥有超过80项发明专利的开利博士，以其一生在空调科技方面的卓越成就，被誉为“空调之父”，他的名字更被列入美国国家伟大发明家纪念馆，与爱迪生、贝尔等杰出发明家齐名，备受世人景仰。
由于开利博士对人类文明的突出贡献，他被美国“时代”杂志评为20世纪最有影响力的100位名人之一。
空气冷却器的设计
图 1 最佳管排数算图 图中 : T 1 ———管内热流体入口温度 , K;
t 1 ———空气入口温度 , K; u0 ———总传热系数 (以光管外表面积为基准) ,J / (m2·s·K) 。
一般来讲 ,希望管内流体的凝固点不超过 5 ℃, 流体较干净且不易聚合 。热流体的入口温度 ,一般 以 120～130 ℃左右或以下为好 ,且不宜低于 60～ 80 ℃。热流体出口温度 ,对于干式空冷来讲 ,一般应 使其与设计气温温差大于 20 ～ 25 ℃, 至少要大于 15 ℃,否则不一定经济 。国外亦有人认为[1 ] : 一般 情况下 ,热流体出口温度与周围空气温度相差 17～ 22 ℃比较经济 ,最少也要相差 11～14 ℃。
X1 与出口汽相分率
X2
的算术平均值 。即 : X
=
1 2
( X1 + X2) 。
X1 =
GWV1 GWV1 + GWL1
X2 =
GWV2 GWV2 + GWL2
式中 : hL ———假定管内全部是液体时的膜传热系
数 ,由式 (6) 计算出 hi 代入 。计算时 ,
G = GV1 + GL1 = GV2 + GL2 ,物性数据
算系数 ; A f ———翅片表面积 ,m2 ;
A r ———管子外表面积扣除被翅片所占面积后 的剩余面积 ,m2 。
须指出 ,式中的 λ0 ,μ0 , C0 都是以平均温度选 取的空气物性 。
式 (2) 与式 (3) [3 ] ,误差一般在 5 %左右 。
当采用光管管束时 ,可采用简化公式 (5) 进行近
空调的原理及简易制作
空调的原理及简易制作
空调的原理是利用了热力学中的空气热交换原理，通过循环流动的制冷剂对空气进行冷却和除湿，从而降低室内温度和湿度。
空调的简易制作可以采用以下步骤：
1. 准备材料：一个小电风扇、一个塑料容器、冰块或冷冻食品袋、绝缘胶带。
2. 在塑料容器的一侧切一个适合电风扇进风口的圆形孔。
3. 将电风扇安装在容器的孔上，并用绝缘胶带固定。
4. 在塑料容器的另一侧切一个适合冰块或冰袋放置的孔。
5. 将冰块或冰袋放入容器中，并将容器的孔用绝缘胶带封好，确保密封。
6. 打开电风扇，让它吹风进入容器，经过冰块或冰袋的冷却后，吹出的空气会更为凉爽。
7. 将制作好的简易空调放置在需要降温的地方，享受凉爽的风。
注意事项：
1. 制作过程中确保容器的孔封闭严密，以免漏气。
2. 使用时要确保电源安全，并避免电风扇与冰块接触，防止发生电击事故。
3. 此简易空调的降温效果相对较弱，适合用于小范围的个人使用。
通过以上制作方法，我们可以用简单的材料制作一个简易的空调，帮助我们在炎热夏季获得一些凉爽。
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设计你的第一个空冷器01界面熟悉1.双击快捷图标，打开程序界面：HTRI启动界面2.创建一个“新的空冷器”3.设置自己熟悉的一套单位制，比如MKH公制，也可以通过<Edit…>来自定义。
4.接下来就是将界面中的“红框”也就是缺少的参数按你将要设计的工况填写完整，包括如下几部分的数据，4.1 “Process”工艺条件：包括热流体侧和空气侧；4.2 “Geometry”机械结构：包括管子、管束、风机等；5.当输入数据足够所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击"绿灯"图标运行。
02 工艺参数输入1.点击左边目录栏的“Process”标签，右边显示的就是供工艺参数输入的界面：2.我们从上到下依次来看需要输入的参数：*为必要输入参数2.1 Fluid name –流体名称，这里没有红框，不是必须输入的，就是自己定义下流体描述比如“Propylene”“Oil”“Wet Air”等，要注意的是程序对中文字符不支持，那么大家多写写英文就是了～本帖隐藏的内容2.2 Phase/Airside flow rate units –流体相态/空气侧的流量单位*2.3 Flow rate –流量不必多解释，热侧为质量流量。
2.4 Altitude of unit(above sea level) –海拔高度*2.5 Temperature –流体的温度，单位°C (SI,MKH), °F(US)，这里要注意的是想输入0度，那么请填 0.001，不然0或0.0的输入都将被程序认为是没有输入（这个原则在HTRI程序的其他地方也适用）。
2.6 Weight fraction vapor –重量气相分率，那么全气相就是1，全液相就是0咯。
2.7 Pressure reference –压力参照点，就是接下来你输入的操作压力值指的是进口压力还是出口压力。
2.8 Pressure–操作压力。
2.9 Allowable pressure drop –允许压降，按照工艺条件来选择，一般热流体侧用kPa比较直观，而空气侧常常使用mmH2O。
2.10 Fouling resistance –污垢热阻，是一个大于0的数，单位为m²°C/W (SI), hr ft²°F/Btu (US),m²°C hr/kcal (MKH)。
这里注意的是最好按照流体的实际情况来取值，如果取值过大意味着在换热器操作初期或介质其实很干净的情况下，换热器的余量会过大，反而影响了正常运行。
2.11 Fouling layer thickness –污垢层厚度，通常认为与污垢系数有如下的关系图，不过通常设计时很少在此处输入数值。
*2.12 Exchanger duty –换热负荷，如果上面的参数输入满足了计算出换热负荷，这里就不必要再输入，如果在此输入了确定的负荷值，那么程序将以输入值为准来计算换热流体的出口温度。
2.13 Duty/flow multiple –负荷/流量系数，这里其实提供了一个简化负荷变化核算的工具，比如要核算110%负荷的运行工况，那么只需要在此填入“1.1”，而不必要去修改输入的流量值。
3.当输入数据足够，所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击“绿灯”图标运行。
03热流体物性参数输入1.对于空冷器的流体物性输入界面，因为冷侧是空气，所以只需对热侧的物性参数进行输入，如下图左侧目录。
只有用Xace设计“省能器”时，冷侧介质不一定为空气，那么冷侧物性也需要输入。
2．下面我们按从上到下的次序来看看都需要定义那些参数。
本帖隐藏的内容2.1 Fluid name –流体名称，在此可以填入热物流的英文描述，比如“Hot Oil”。
2.2 Physical Property Input Option –物性输入方式的选项@User-specifiedgrid (Recommended) –用户自定义的物性表（推荐）就是填入在一定温度范围和一定压力范围内的包括，密度，粘度，导热系数和热容等必要物性的表，这种输入方式适用于从1模拟软件导入物性，2软件的“物性生成器”自生成或3非理想物性但通过实验、文献等手段能获得物性的方式，这种输入方式也是使用得最广泛。
由上图也可看出，程序最多支持输入30个温度点，最多支持12组压力点；而最少需要3个温度点，最少要一组操作压力点下的参数。
@Program calculated –由程序计算输入物质组成，由程序通过特定的热力学方法计算出需要的物性，这种输入方法通常用于组成清晰，每种物质在程序物性库中都存在，并且用混合规则计算的物性准确。
可以这么说，是适用于纯物质或理想混合物。
程序自带的物性库包括“HTRI”、“VMG”，如果你有其他模拟软件的授权，就有对应的接口，灰色的“Not Available”就会消失变得可用。
通常由HTRI内嵌的VMG物性库就很够用啦～@Combination –组合是两种输入方法的组合，在输入组成的条件下，同时又通过物性表来定义了一部分物性，这种方式用得较少。
2.3 Property Options/ Temperature interpolation –属性选项之温度插值方法@Program –程序默认，也即是“Quadratic”。
@Linear –线性，以直线连接温度点，中间点的物性就由斜率计算出。
@Quadratic–二次式，计算三点温度的表达式，中间点的物性就由此二次式计算出。
*这里需要注意的是，对于外推的物性，程序都是以对最外端两个温度点线性的方式外推计算的。
2.4 Fluid compressibility –流体压缩因子如果没有输入，那么程序按理想气体计算。
2.5 Numberof condensing components –可冷凝成分数量定义1个或多个可冷凝成分，程序将修正冷凝相变的传热计式。
2.6 Pure component –纯物质程序默认在计算冷凝时加入适当的阻力系数来体现多组分冷凝过程，如果在此定义为“Yes”纯组分，那么这个修正的阻力系数将不体现。
3.当输入数据足够，所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击“绿灯”图标运行。
-> 微信公众号@HTRICN 关注接下来的【Xace】设计你的第一个空冷器_04空冷结构参数输入04.0空冷结构参数输入1.今天开始我们来看一下空冷器结构参数的输入，如左边目录，进入“Geometry”页面，空冷器的主要结构包括，管束、风机、构架。
右边显示的是总输入界面，罗列了结构的主要参数。
2.1对于型式（Unit type），程序分了4种：@Air-Cooled Heat Exchanger - 空气冷却器管外介质是空气，并配有风机。
@Natural Draft Air-Cooler –自然对流式空气冷却器管外介质是空气，无风机强制空气循环，可以理解为风机停开的工况。
@Economizer –省能器管内外的介质无限制，只是不适用于在高翅片管或螺旋翅片管外的蒸发和冷凝工况。
@A-frame air cooler - A型空气冷却器管外是空气，适用于管内单相或冷凝的工况，采用水平与垂直的组合算法来计算传热和压降，若是冷凝工况最多设2管程，第2程上升冷凝采用的是回流冷凝方法来计算传热系数和压降。
本帖隐藏的内容2.2 对于空冷类型，程序分了4种：@Horizontal–水平@Vertical(top inlet) –垂直上进@Vertical(bottom inlet) –垂直下进@Inclined–倾斜2.3 当类型为“Economizer”，省能器时，热物流就需要定义。
@Inside tube–管内走热流体@Outsidetube –管外走热流体2.4当类型为“A-frame air cooler - A型空气冷却器”，倾斜角选项会打开并需要定义，1-89度。
Apex angle –尖部角度，如图示意。
2.5 Numberof bays in parallel per unit –每个单元并联的跨数量2.6 Numberof bundles in parallel per bay –每跨里并联的管束数量2.7 Numberof tubepasses per bundle –每个管束里的管程数在管子与管束的结构定义里：2.8 管子类型分为1Plain光管、2低翅片管、3高翅片管、4连续翅片管。
2.9 再输入OD管外径、Wall thickness管壁厚、No. of tuberows管排数、odd/even rows奇排管数/偶排管数2.10 管间距输入2.11 管子型式包括：2.12 风机的参数包括：@Number of fans/bay - 每跨的风机数，默认为2.@Fan arrangement –风机的布置为1在下鼓风式，2在上引风式.@Fan diameter –风机直径@Fan ring –风机环3.当输入数据足够，所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击“绿灯”图标运行。
04.1构架单元参数输入1.如左侧目录，我们点击“Unit”进入构架单元的参数输入，其上级目录为Geometry，在上一节中我们已经熟悉了许多关键参数的输入，这一级的页面是更进一步的输入。
2. 其他参数见上一节介绍。
2.1Flow type –流动形式@Cocurrent –并流@ Countercurrent –逆流本帖隐藏的内容2.2 No. of services –多台空冷串并联2.3 Nozzle database / Schedule–管口数据库/对应管道等级表包含了13种 ANSI、JIS、DIN、ISO标准数据库表文件，以及对应的管道等级表，选择适合你的。
2.4 Entry type/Exit type –热物流进出管口型式，如图中示意，程序认为出口型式与进口一致。
2.5 Tubeside nozzle inside diameter –管口的内径和外径，当然可以从各标准的列表中选择。
2.6 Number of nozzle per bundle –每个管束的管口数量。
3.当输入数据足够，所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击“绿灯”图标运行。
04.2风机参数输入1.如左侧目录，我们点击“Fans”进入风机的参数输入。
2.Fan Information - 风机信息本帖隐藏的内容2.1 Number of fans per bay –每跨的分机数量，默认值为2，“省能器”模型下为0。
2.2 Fan diameter –风机直径，默认值是40%的管束面积被风机叶片覆盖。