[发明专利]一种换热器用分段热工计算方法

说明书

本发明所涉及的换热器冷热侧介质流动形式为顺流或拟流，介质的物性随压力和温度的变化存在较大差异。针对上述换热器，本发明的技术方案是提供了一种换热器用分段热工计算方法，其特征在于，包括以下步骤：初步布置换热器冷热侧介质的流动结构形式参数；根据给定热平衡参数，按照热平衡计算式求出冷热侧进出口温度中待定的温度；进行第1段换热器至第N段换热器的设计计算。本发明可以应用于介质随温度和压力变化范围较大的换热器热工设计过程，属于一种全新的分段计算方法，运用该方法，换热器的设计精度将会大大提高。

技术领域

本发明涉及一种换热器分段热工计算方法，用于计算介质物性随压力和温度变化比较剧烈的换热过程设计，属于换热器传热研究领域。

背景技术

目前针对于换热器的总体设计方法主要是对数平均温差法(出自杨世铭、陶文铨编著的《传热学》第四版)，该方法的主要步骤如下：

步骤(1)：初步布置换热器的布管结构参数(包括换热管规格和数量、节距、壳程流动形式等)，计算相应的传热系数K。

步骤(2)：根据给定热平衡参数，按照热平衡计算式求出冷热侧进出口温度中待定的温度。

步骤(3)：由冷热侧介质的4个进出口温度确定总体对数平均温差Δtm，计算时注意保持修正系数Ψ具有合适的数值。

步骤(4)：由传热方程式Q＝KAΔtm计算换热器所需的换热面积A，并核算冷热侧的流体阻力是否满足设计要求，式中，Q为换热器的总换热量。

步骤(5)：如果冷热侧流动阻力过大，则需重新布置换热器的布管结构参数，从步骤(1)开始重新计算。

使用对数平均法需满足两个前提：第一)传热系数在整个换热面上不变；第二)冷热侧介质的比热在整个换热面上不变。当冷热侧介质的物性如密度、比热、导热系数和动力粘度等随温度的上升/下降变化较大时，该方法便不再适用。

史美中、王中铮编著的《热交换器原理与设计》中提到一种分段计算方法，该方法属于一种分段计算方法，仅适用于介质的比热随温度变化的情况。具体步骤如下：

步骤(1)：初步布置换热器的布管结构参数(包括换热管规格和数量、节距、壳程流动形式等)。

步骤(2)：在已知冷热侧介质的比热随温度的变化关系时，换热器的换热过程用图1表示。

步骤(3)：将Q-t曲线分段，每段可以近似取为直线关系，计算出各个小段的换热量ΔQ_i。

步骤(4)：按具体情况用对数平均的方法或算数平均的方法求出各段的平均温差Δt_i。

步骤(5)：分别计算各段冷热侧的定性温度，查询各段管壳程介质的物性，如：密度、比热、导热系数和动力粘度等。

步骤(6)：根据传热计算公式，分别计算冷热侧的换热系数，汇总得到每个小段的总体换热系数ΔK_i。

步骤(7)：由各段的传热方程式Q_i＝K_iA_iΔt_i计算换热器所需的换热面积A_i，将各段的换热面积汇总得到换热器的总体换热面积，并核算冷热侧的流体阻力是否满足设计要求。

步骤(8)如果冷热侧流动阻力过大，则需重新布置换热器的布管结构参数，从步骤(1)开始重新计算。

发明内容

本发明的目的是：针对以随温度和压力变化较大的物性为换热介质的换热器提出一种分段计算方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种换热器用分段热工计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、初步布置换热器冷热侧介质的流动结构形式参数；