[发明专利]一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法

摘要

本发明公开了一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法，该校验计算方法首先获取热熔盐与汽水的进口参数及换热器的结构参数，然后假设汽水的出口温度及干度，然后确定汽水在换热管内经历的换热过程，然后计算各换热段的实际传热系数与理论传热系数，然后比较实际传热系数与理论传热系数之间的差值是否小于或等于允许差值，如果小于或等于，则计算终止，如果大于，则假设新的汽水出口温度及干度，再次进行计算；本发明方法在只知道换热管内的汽水、换热管外的热熔盐的进口热力参数的情况下，对于已给定结构参数的管壳式热熔盐‑汽水换热器进行出口参数计算，以校核该换热器是否能达到所需换热效果。

主权项

1.一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法，其特征在于，所述管壳式换热器管内走汽水、管外走热熔盐，以下简称换热器；所述方法具体步骤如下：步骤1、获取换热器中换热管内的汽水在进口处的温度t₁、压力P_w和流量q_w，获取换热器中换热管外的热熔盐在进口处的温度T₁、压力P_s和流量q_s，获取换热器结构参数，设置温度循环步长为H₁、干度循环步长为H₂、允许误差值为ε；步骤2、判断管内汽水在换热管入口处的相态；步骤3、将管内汽水在换热管出口处的初始温度假设为t₂＝T₁，当t₂处于水的过热区或饱和区时，将汽水在换热管出口处的初始干度假设为x₂＝1，当t₂处于水的过冷区时，将汽水在换热管出口处的初始干度假设为x₂＝0；步骤4、判断管内汽水在换热管中可能经历的相态变化：当管内汽水在换热管入口处处于过冷区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于过热区时，认为管内汽水在换热管中依次经历过冷状态、气液两相状态、过热状态，此为情况一；当管内汽水在换热管入口处处于过冷区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于气液两相区时，认为管内汽水在换热管中依次经历过冷状态、气液两相状态，此为情况二；当管内汽水在换热管入口处处于过冷区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于过冷区时，认为管内汽水在换热管中只经历过冷区，此为情况三；当管内汽水在换热管入口处处于两相区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于过热区时，认为管内汽水在换热管中依次经历气液两相状态、过热状态，此为情况四；当管内汽水在换热管入口处处于气液两相区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于气液两相区时，认为管内汽水在换热管中只经历气液两相区，此为情况五；当管内汽水在换热管入口处处于过热区、在换热管出口处的初始温度假设t₂处于过热区时，认为管内汽水在换热管中只经历过热区，此为情况六；步骤5、根据热平衡公式计算热熔盐在换热管出口处的温度T₂，其中a₁为管内汽水在换热管进口处的焓值，a₂为管内汽水在换热管出口处的焓值，c_p，s为热熔盐的比热容；步骤6、对于步骤4中的情况一，管内汽水经历的过程为，从过冷态到气液两相状态到过热态，此时有以下具体步骤：步骤6‑1、根据热平衡公式计算在过冷区终止点处的热熔盐温度T_l，1，其中a′_s为管内汽水在饱和点处的液相焓值；步骤6‑2、计算热熔盐在过冷区的局部平均换热系数h_s，1，计算管内汽水在过冷区的局部平均换热系数h_w，1；步骤6‑3、根据求出过冷区的实际局部平均传热系数k₁，其中δ为换热管壁厚，λ为换热管导热系数；步骤6‑4、根据计算过冷区换热面积A₁，其中Q_w，1、Q_s，1分别为水及热熔盐在过冷换热区的局部换热量，Δt₁为过冷区的局部平均对数温差；步骤6‑5、根据A₁＝2πl₁(d_i+d_o)/4，计算过冷换热段长度l₁，其中d_i是换热管内径，d_o是换热管外径；步骤6‑6、比较l₁与换热管总长L，当l₁小于L时，进入步骤6‑7，否则，将t₂减去H₁，所得结果作为新的t₂值，返回步骤4，直至计算所得的l₁满足不等式l₁＜L时，进入步骤6‑7；步骤6‑7、根据热平衡公式计算热熔盐在两相区终止点处的温度T_l，2，其中a″_s为管内汽水在饱和点处的气相焓值；步骤6‑8、计算热熔盐在两相区的局部平均换热系数h_s，2，计算管内汽水在两相区的局部平均换热系数h_w，2；步骤6‑9、根据求出两相区的实际局部平均传热系数k₂；步骤6‑10、根据计算两相区换热面积A₂，其中Q_w，2、Q_s，2分别为水及热熔盐在两相换热区的局部换热量，Δt₂为两相区的局部平均对数温差；步骤6‑11、根据A₂＝2πl₂(d_i+d_o)/4，计算两相区换热段长度l₂；步骤6‑12、比较(l₁+l₂)与换热管总长L，当(l₁+l₂)小于L时，进入步骤7，否则，将t₂减去H₁，所得结果作为新的t₂值，返回步骤4，直至计算所得的(l₁+l₂)满足不等式(l₁+l₂)＜L时，进入步骤7；对于步骤4中的情况二，管内汽水经历的过程为过冷状态到气液两相状态，步骤6‑1至步骤6‑5与情况一相同，但步骤6‑6的具体内容如下：步骤6‑6、比较l₁与换热管总长L，当l₁小于L时，进入步骤7，否则，将x₂减去H₂，所得结果作为新的x₂值，返回步骤4，直至计算所得的l₁满足不等式l₁＜L时，进入步骤7；对于步骤4中的情况三，直接进入步骤7；对于步骤4中的情况四，管内汽水经历的状态为从气液两相状态到过热状态，步骤6的具体内容如下：步骤6‑1、根据热平衡公式计算热熔盐在两相区终止点处的温度T_l，2；步骤6‑2、计算热熔盐侧在两相区的局部平均换热系数h_s，2，计算管内汽水侧在两相区的局部平均换热系数h_w，2；步骤6‑3、根据求出两相区的实际局部平均传热系数k₂；步骤6‑4、根据计算两相区换热面积A₂；步骤6‑5、根据A₂＝2πl₂(d_i+d_o)/4，计算两相换热段长度l₂；步骤6‑6、比较l₂与换热管总长L，当l₂小于L时，进入步骤7，否则，将t₂减去H₁，所得结果作为新的t₂值，返回步骤4，直至计算所得的l₂满足不等式l₂＜L时，进入步骤7；对于步骤4中的情况五和情况六，直接进入步骤7；步骤7、计算终段换热区的热熔盐侧的局部平均换热系数h_s，3，计算终段换热区的汽水侧的局部平均换热系数h_w，3：对于步骤4中的情况一、情况四、情况六而言，终段换热区即为过热换热区；对于情况二、情况五而言，终段换热区即为两相换热区；对于情况三而言，终段换热区即为过冷换热区；步骤8、根据计算终段换热区的实际局部平均传热系数k₃；步骤9、根据根据A₃＝2πl₃(d_i+d_o)/4，计算终段换热段面积A₃，其中l₃为终段换热区的长度；步骤10、根据计算终段实际传热系数k′₃，其中Q_s，3和Q_w，3分别为热熔盐在终段换热区的换热量及管内汽水在终段换热区的换热量，Δt₃为终段换热区的对数平均温差；步骤11、比较与允许误差值ε，当中较大的一个，其大小也小于ε的话，计算终止，认为此时的管内汽水出口温度t₂、管内汽水出口干度x₂、管外热熔盐出口温度T₂即为管内外工质的实际出口参数，否则：当t₂处于水的过热区或过冷区时，使t₂减去H₁，所得的值为新的t₂值，返回步骤4，直至计算所得的中较大的一个，其大小也小于ε为止；当t₂处于水的两相区时，使x₂减去H₂，所得的值为新的x₂值，返回步骤4，直至计算所得的中较大的一个，其大小也小于ε为止。