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冷凝冷卻空冷器的設(shè)計(jì)

日期：2021-09-03 02:19:49點(diǎn)擊：221

冷凝冷卻空冷器的設(shè)計(jì)
4-3.1換熱特點(diǎn)和設(shè)計(jì)概述
當(dāng)空冷器的管內(nèi)是純粹的蒸汽凝結(jié)時(shí)，管內(nèi)換熱規(guī)律不變，管內(nèi)流體的進(jìn)出口溫度也不變，空冷器的設(shè)計(jì)比較簡單，與管內(nèi)為單相流體時(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法接近。但這種純粹的蒸汽凝結(jié)比較少見,大部分運(yùn)行情況是進(jìn)口為飽和蒸汽，出口為過冷液體;或進(jìn)口為過熱蒸汽，出口為過冷液體。當(dāng)空冷器的管內(nèi)介質(zhì)同時(shí)存在冷凝和冷卻兩個(gè)過程時(shí),因管內(nèi)傳熱規(guī)律發(fā)生變化，空冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算與第4. 2節(jié)所講的管內(nèi)為單相流體時(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法有所不同，使設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜,下面，將分別討論兩種換熱情況，并通過兩例加以說明。
1.情況1:單一介質(zhì)在管內(nèi)的冷凝和冷卻
以水蒸氣在管內(nèi)的冷凝和冷卻為例，該過程可包括過熱蒸汽的冷卻，飽和蒸汽的凝結(jié) 和凝結(jié)水的冷卻三個(gè)階段，如圖4.3. 1所示。
這一情況的特點(diǎn)是:三個(gè)階段的溫度曲線有明顯的變化，過熱蒸汽的冷卻和凝結(jié)水的冷卻屬于單相流體的換熱，溫度沿流程有明顯的下降。而飽和蒸汽的凝結(jié)，屬于相變換熱，溫度保持在飽和溫度上。雖然蒸汽在管內(nèi)流動要克服一定的流動阻力，壓力和飽和溫度會有所下降，但計(jì)算表明，在空冷器的應(yīng)用條件下，凝結(jié)段的管內(nèi)壓力和飽和溫度基本保持不變。此外，三段的管內(nèi)換熱系數(shù)相差很大，傳熱平均溫差也各不相同，導(dǎo)致各段的換熱量和換熱面積產(chǎn)生較大的差別，因而，對管內(nèi)冷凝/冷卻同時(shí)存在的情況，應(yīng)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。
分段計(jì)算的大致步驟為：
(1) 計(jì)算空冷器的總熱負(fù)荷和各段的換熱量; 確定各段分界處的介質(zhì)溫度，并由熱平衡計(jì)算分界處的空氣溫度；
(2) 進(jìn)行空冷器的初步設(shè)計(jì)；
(3) 計(jì)算管外空氣側(cè)的換熱系數(shù)和各段的管內(nèi)換熱系數(shù)；
(4) 分別計(jì)算各段的傳熱系數(shù)，傳熱溫差和傳熱面積，從而求出總傳熱面積，并與初
步計(jì)算選取的面積相比較。

2.情況2：復(fù)合介質(zhì)的冷凝和冷卻
如煙氣和水蒸氣組成的復(fù)合介質(zhì)，或碳?xì)浠衔锘旌蠚怏w與水蒸氣組成的復(fù)合氣體等,其中的水蒸氣，在管內(nèi)的溫度和壓力達(dá)到其飽和狀態(tài) 后,會產(chǎn)生水蒸氣的凝結(jié)，而復(fù)合介質(zhì) 中的混合氣體成分則一直處于過熱狀態(tài)，不會產(chǎn)生凝結(jié)，從而形成混合氣體與可凝蒸汽和凝結(jié)液共存的兩相流狀態(tài)。在空冷器的傳熱過程中，復(fù)合介質(zhì)沿管程的溫度分布和換熱特點(diǎn)如圖 4. 3.2所示。
在復(fù)合介質(zhì)中，若可凝組分占有較少的比重，或在空冷器的入口處就開始凝結(jié)，則復(fù) 合介質(zhì)沿管程的溫度變化比較均勻，各段的換熱系數(shù)相差不大，可用統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)式計(jì)算, 因此，沒有必要分段計(jì)算，可作為一個(gè)整體進(jìn)行空冷器的設(shè)計(jì)。

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