第四章空冷器的设计
4.1 空冷器的设计条件
4.1-1 设计条件
1. 空气设计温度
设计气温系指设计空冷器时所采用的空气入口温度。采用干式空冷器时，设计气温应按当地夏季平均每年不保证五天的日平均气温[1][2][3]。采用湿式空冷器时，将干式空冷器的设计气温作为干球温度，然后按相对湿度查出湿球温度，该温度即为湿式空冷器的设计气温。
我国各主要城市的气温列于附表4－1。从该表可见我国绝大多数地区夏季平均每年不保证五天的日平均气温低于35℃。当接近温度大于15－20℃时，采用干式空冷器比较合理。在干燥炎热的地区，为了降低空气入口温度可以采用湿式空冷器。
2. 介质条件
（1）适宜空冷器的介质条件
适于采用空冷器的介质有石油化工过程中的气体,液体，水和水蒸汽等。
3.热流的操作条件
（1）流量。根据工艺要求而定。
（2）操作压力。根据国家标准“空冷式换热器”的规定，最高的设计压
为35 Mpa，这个压力可以满足石油化行业空冷器的操作要求。
（3）入口温度
热流的入口温度越高其对数平均温差越大，因而所需要的传热面积就越小，这是比较经济的。但是，考虑能量回收的可能性，入口温度不宜高，一般控制在120～130℃以下，超过该温度的那部分热量应尽量采用换热方式回收。在个别情况下，如回收热量有困难或经济上不合算时，可适当介质入口温度。就空冷器本身而言，考虑到介质温度升高会导致热阻的增加，传热效率下降，绕片式翅片管的工作温度可用到165℃而锒片式翅片管可用到200℃
如果热流入口温度较低（低于70~80℃），可考虑用湿式空冷器。
（4）出口温度与接近温度
对于干式空冷器出口温度一般以不低于55~65℃为宜[3]，若不能满足工艺要求，可增设后湿空冷，或采用干－湿联合空冷。
接近温度系指热流出口温度与设计气温之差值。干式空冷器的最低值应不低于15℃[3]，否则将导致空冷器的面积过大，这是不经济的。
上述的设计数据应填入表4.1-1的”空气冷却器规格表”内.
表41-1 空冷器设计规格表
构架数量化学清洗片距
架中心距特殊接管
法兰面型式印记有无
百叶窗自动手动温度表
振动切换开关有无压力表
机械设备
风机型号驱动机型式减速机型式
风机台数驱动机台数减速机台数
风机直径驱动机转数转/分传动比
风机功率驱动机功率功率
调节型式: 手调自调调频转数:转/分支架支座
材料: 叶片轮毂
控制发生故障时的风机角度最大最小锁住百叶窗
控制发生故障时的风机速度最大最小锁住
出口温度控制精度±℃
空气再再循环内循环外循环蒸汽盘管有无
占地面积M2 总重kg运输重kg
图号
4.2翅片管参数的优化
翅片管是空气冷却器的传热元件，翅片管的参数对空冷器的传热效率、功率消耗和噪声等有直接的关系[4]。因此，选择合适的翅片管参数对空冷器设计是非常重要的的.以下就翅片管参数对传热和阻力降的影响及如何选择作出评述。
1 翅片管的参数
翅片管的参数主要是指它的几何参数如图1所示。
图4.2-1 翅片管的几何参数
图中几何参数的意义如下：
b－翅片平均厚度，m ；
b =0.5(b
p +b
r
)
b
p
翅片顶部厚度，m ；
b
r
翅片根部厚度，m ；
d－光管外径，m ；
D－翅片外径，m ；
d
r
－翅片根部直径，m
H－翅片高度，m ；
S－翅片间距，m ；
S
T
－翅片管横向管心距，m ；
S
L
－沿气流方向的管排之管心距，m ；
一般说来，翅片管的光管直径、翅片厚度基本上是固定的。所以在评价翅片管的性能时选择的参数主要是翅片高度，翅片间距和管心距。这些参数对翅片管的翅化比起主导作用，同时对传热和压力降也产生很大影响。翅片管参数的优化主要是指空冷器设计中如何合理地选择片高、片距和管心距这三个参数，使所设计的空冷器得到较高的传热效率和较低的阻力损失。从而使空器设计处于较优的状态。
2 翅片管的翅化比和有效翅化比
在空气冷却器中，管外以空气作为冷却介质与管内的热介质进行热交换。由于空气的导热系数低引起管外侧的传热系数也较低，为了弥补管外侧的传热系数的不足，所以在管外增加翅片以达到强化传热的目的。管外的翅片总面积与光管表面积之比称之为翅化比。翅化比表示如下：
o r
f A A
A+
＝
ε（4.2-1）
式中：ε
－翅化比
A
f
－翅片表面积，m2；
A
r
－翅片根部面积，m2；
A
o
－光管外表面积，m2。
这个翅化比是几何翅化比，它没有考虑到翅片的效率。翅片管的传热效率与翅片管的表面温度有关，翅片表面温度自根部至顶部是递降的，愈到翅顶，其传热平均温差愈低，传热效果就愈差。翅片的传热效率为：
E f ＝
度
主流温度－翅片根部温均温度
主流温度－翅片表面平
从文献[5]可得：
b
h H 1632.0092.1E m o
f •λ-= （4.2-2） 式中：E f －翅片管的传热效率 H －翅片的高度，m ；
h o －翅片管对空气侧的传热系数，W/(m 2.K)
λm －翅片材料的导热系数，对于铝 为203.5 W/(m.K) 将以上数据代入上式得到高低翅片管的效率如下： 高翅片效率， E f =1.092-0.1736 U F 0.359 低翅片效率， E f =1.092-0.1298 U F 0.359 式中的U F 为标准状态下的迎面风速，m/s ..
两种翅片高度的翅片效率与迎面风速的关系如图 4.2-2 所示。从图中可以看出翅片高度是影响翅片效率的主要因素，低翅片比高翅片有较高的翅片效率。翅片的效率随迎风面风速 的增加而下降，
0.76
0.780.80.820.840.860.880.90.920.94 2.3
2.5
2.8
3.2
3.5
迎面风速m/s
翅片效率
图4.2－2 高低翅片的效率
翅片效率与翅片材料、翅片厚度和高度、空气侧传热系数有关。当翅片效率求得后便可由下式求翅片管有效翅化比：
b
r
f f A A A +εE ＝
（4.2-3） 式中：ε－ 翅片管有效翅化比 。
从图4.2-2可以看出，低翅片有较高的翅片效率，但由于它的翅化比低，最终的有效翅化比还是比不上高翅片，所以在设计中当管内侧的传热系数较高时还是采用高翅片为好。如果管内的传热系数较低时则应采用低翅片管。
2、 翅片管几何参数与管外侧传热系数的关系
计算管外空气侧传热系数的公式很多，在进行翅片管参数评价时可采比较通用的Briggs 公式[6]，该公式的标准误差为5.1％。该式适用于各种翅片高度、片距、管心距等.将空气参数、迎面风速代入相应的准数并加以化简，便得到以光管外表面为基准的管外侧传热系数如下式所示：
（4.2-3） 式中：h 0 － 管外侧的传热系数 W/m 2.K
ε
μ
ρλ718
.0296.0333.0718.0282.0718.00
)()(1378.0F
r
r U H
S p a d h -=
Pr －空气的普兰特准数；λ
μ=C Pr ； λ－空气导热系数，W/m.K ； μ－空气的粘度，pa.s ; C －空气的比热，J/(kg.K) ;
U F －标准状态下的迎风面风速，m/s ； ρ－空气密度，kg/m 3 ；
S-翅片净间距，m H-翅片高度，m d r -翅根直径，m
ε－ 翅片管的有效翅化比
a －系数，为迎风面积与最窄通风面积之比值。它是与翅片管的高度、管心距和片厚有关的参数。
)
(75.0a r r d D S
b
d ---=
T T
S S (4.2-4)
将空气为60℃时的物性参数代入可得管外侧的传热系数表达式：
（4.2-5）
从上式可看出，管外给热系数是翅片管根部直径、片距、片高、管心距、迎风
面风速和有效翅化比等的函数，除迎风面风速外均是翅片管的几何参数，这些几何参数有的是互相关联的，为了确切地说明这些几何参数对空气膜给热系数的影响，下面就以高低两种翅片，各选两种管心距和三种不同片距，计算出不同风速下的空气膜给热系数，并将其结果绘成下图（图4.2-3）
ε
718
.0296.0718.0282.00)(69.8F r U H S a d h -=
200
400
600
800
1000
1200
1400
1.5
2
2.5
3
3.5
4
管外侧传热系数 W /(m ^2.K )_
图4.2-3 翅片管的管外空气侧传热系数
从图4.2-3可看出：
（1） 各种几何参数的翅片管，其管外空气侧的传热系数随迎风面风速的增
加而增加
（2） 翅片管空气侧的传热系数随翅片的高度的增加而增加； （3） 翅片管空气侧传热系数随翅片间距的增加而下降； （4） 翅片管空气侧传热系数随管心距的增加而下降；
为了工程上的估算方便，下面给出两种翅片管的简化计算公式： 高翅片管（翅片高H=16m ）： h 0=441.51U F
0.718
低翅片管（翅片高H=12.5mm ）: h o =395.11U F 0.718
上两式的简化条件是：空气定性温度60℃ ；光管外径do=25mm ；翅片厚度
b=0.4mm;高翅片的翅片效率E f =0.85;低翅片管的翅片效率E f =0.9
翅片间距S=2.31mm
2、翅片管的几何参数与管外压力降的关系
空气流经翅片管管外侧时，气流对翅片表面的摩擦、气体的收缩和膨胀引起了气流的压力损失，通常称之为管外压力降。这种压力降主要与风速、翅片管型式、几何参数及制造质量有关。至今为止，压力降的精确理论计算尚未见到，目前所采用的计算公式均是经验公式。国内外在这方面都做出大量的实验，归纳出各种型式的关联式，下面是罗宾逊（Robinson）和勃列格斯（Briggs）[7]通过试验归纳的计算式：
△Ps＝37.86Re-0.318
2
515
.0
927
.0
r
T
2
)
(
)
d
S
(
s
L
T G
n
S
S
ρ
⨯
-
（4.2-6）
若取空气定性温度为60℃时的物性参数代入（4.2-6）式得：
△P s=0.0678 N t S T-0.927a1.684U F1.684（4.2-7）
式中：△P
s
－管外侧静压降，pa
N
t
－沿气流方向翅片管的排数；
S
T
－管束的横向管心距，m ；
a －管束的迎风面积与最小通风面积之比；
U
F
－迎风面风速 m/s
为了便于分析比较，将不同片高、片距和管心距的翅片管，改变迎风面风速按（4.2-7）式计算出相应参数下的管外静压降，并将结果绘于图4.2-4。
5
10
15
20
25
1.5
2
2.5
3
3.5
4
静压降 m m 水柱
图4.2-4 翅片管的管侧静压降
从图4.2-4可看出：
（1） 管外静压降随风速的增加而增加；
（2） 在相同的风速下，管外静压降随管心距的增加而下降、随翅片间距的加
而减少。
空冷器中翅片管的管外静压降是决定功率消耗的重要因素 。另一方面，静压降的增加也导致了噪声的增大。因此，从降低功率消耗和噪声来看，都需要找出一组较为合适的翅片管参数，使得它的压力降最小。 3 翅片管几何参数的选择
尽管空冷器采用的冷却介质是取之不尽的空气，但要达到高效地利用空气亦不 是一件易事。因此空冷器的优化设计就成了众所关心的课题。 为了达到空冷器的优化设计的目的，需要将空冷器的翅片管几何参数与整个空冷器费用进行关联，找出它们之间的关系，为合理选用翅片参数提供依据。
空冷器的费用包括：一是设备费、运输费和安装费，即一次投资；二是操作费。在一定热负荷条件下，空冷器的费用与管外侧传热系数、积垢热阻、空气量及压力降有关。
根据已知的工艺条件可计算某一组翅片参数下的空冷器换热面积和功率消耗，
前者可计算出一次投资费用，后者可计算出操作费用。两者相加即可得出总费用。经过对各组翅片参数下总费用的比较，便可找出相同工艺条件下费用比较合理的一组翅片参数。下面就各个参数对费用的关系作一个定性的分析。为翅片管参数的选择提供参考。
（1）翅片高度
翅片面积愈大，折合到光管外表面的膜传热系数也就愈高。因此当管内的膜传热系数较高时，采用高翅片管对提高总传热系数的效果也愈显著。所以应根据管内传热系数的高低选择翅片管的高度。参见表 4.2－1
表4.2－1 翅片高度的选择
（2）
翅片管的单位长度传热面积与片距成反比，在一定风速下，翅片管所能传递的热量与换热面积成正比。也就是说，片距愈小传递的热量愈大，同时压力降也愈大。表4.2-2为迎面风速为2.8m／s、管心距为62mm、翅片外径为57mm的条件下，片距的变化对管外传热系数、压力降、总费用的影响。
管外传热系数变化趋势 1 0.93 0.87 0.80 0.73
压力降变化趋势 1 0．89 0．78 0．67 0．59
总费用变化趋势 1 0.98 0.97 0.97 0.97 注：上表的评价是以翅片距2.3mm为基准的。
从表4.2-2看出，在一定风速下，管外传热系数及阻力降随片距增大而下降的幅度较大。在计算总费用时，假定管内的传热系数为700 W/(m2K).从总费用的变化趋势可以看出，费用逐渐下降，当片距增到某一值时就不再下降了，因为设备费用的增加与操作的减少几乎相等，故总费用几乎不变。当然，当管内条件改变时，最
低费用值的片距可能会出现在别的地方。针对上述情况，翅片管间距的改变对总费用的影响不大，当管排数在4以下，管外压力降在风机的许可范围之内时，可以采用S＝2.3 mm 的常用片距。当管排数较多，为了降低管外侧压力降，宜采用片距较大的翅片管。
（3）翅片管管心距
按照以上的工艺条件考查翅片管排列的管心距对传热系数、压力降和总费用的影响，其结果列于表4.2-3。
从表4.2-3看，一台冷却一定热负荷的空冷器，其传热系数、压力降和总费用随管心距的增大而下降。传热系数和总费用的下降速率相同，压力降的下降速率较快。从而可以看出适当增加管心距对空冷器是有利的。此外，管心距增大，压力降减少也降低了空冷器噪声。
表4.2-3 管心距对给热系数、压力降及费用的影响
管心距，mm 60 61 62 63 64 65 66 67
管外传热系数变化趋势 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 压力降（四排）变化趋势 1.00 0.96 0.92 0.88 0.85 0.81 0.79 0.75 总费用变化趋势 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93
（4）管排数
管排数对投资及操作费用影响较大,表4.2-4列出了管排数对设备费用的影响。从表中可以看出选用多管排数较为经济。排数少，传热效果好，所需面积略小，但占地大，单位传热面积造价高，同时由于空气温升小，风量就要大。当管内介质传热系数小，则管排数应适当增加。但管排数过多，对数平均温差降低，传热面就增大，同时气流阻力损失增加，电机的功率也就上升；当管内传热系数较高时，要尽量减少管排数并提高风速，从而获得较大的管外侧传热系数。因此设计时对管排数要进行合理选择。可根据管内介质及介质温度变化范围参考4.2－4、表4 .2-5和表4.2-6选择管排数。如空气温升小于15－20℃，则应适当增加排数。
表4.2-4 管排数对设备费用的影响
表4.2－5 依据管内介质选用管排数
（6）迎风面速度的选择
管束迎风面的面积S F为管束外框内壁以内的面积，一台空冷器的迎风面积近似于管束宽B乘管长L及管束数N S。空气在标准状态（指P=0.1013MPa，t=20℃）下通过迎风面的速度简称为标准迎风面速度。在设计计算中，用迎风面的风速作为基本参数，比用通过管间的实际风速要方便得多。迎风面风速的选择要适当，风速过高会使得空气侧的压力降太大，风机的功率消耗大；相反，风速太低，则会使得传热速率低，换热面积增加。另外，风速的选择还应与风机的性能相适应。
对目前国产L、LL、KLM、G翅片管，采用鼓风式空冷器时，推荐的迎风速
度列于表4.2－7。
当采用引风式空冷器时，因风机入口处空气温度较高，为了节省动力可采用较低的迎风速度，但空冷器的传热面积要稍大一些。
表4.2－7 推荐的迎风速度
（7）. 管程数的选用
1) 气体或液体冷却时，在满足允许压力降条件下应尽量提高流速，一般液体流速在0.5 ~1.5m／s之间，气体质量流速在5 ~10kg／m2·s左右，管内流体处于湍流流动状态最为有利，因此选用二以上的管程数比较适宜。
2)对于冷凝过程，如果对数平均温差的校正系数大于0.8，可采用一管程
否则（如：含不凝气时）应考虑采用两管程或多管程以提高管内流速。
4-3计算步骤概述
1 估算传热面积
（1）首先要依据工艺条件计算出总热负荷。
（2）根据经验选取总传热系数
（3）根据总传热系数估算空气出口温度
（4）计算平均温差
（5）估算出所需的传热面积。
空冷器的设计过程是一个猜算过程，按估算的传热面积，初步确定空冷器总体结构、管束和构架、风机的参数；
2空冷器总体设计
(1)管束的长度
一般般情况下，管束的长度应为为下列长度之一：3、4.5、6、9、10.5、12。单
位为m.。
（2）管束的宽度
管束的宽度可根据下式计算：
C D N A S A B P
o T
R ++=
.. 式中 B-管束的计算宽度，mm
A R –管束的估算光管面积，m 2
A o –管束翅片管的单管光管面积，m 2 N P -管排数
S T -翅片管横向管心距,mm D-翅片外径.mm
C-包括管束边梁侧板厚度和翅片与侧梁间隙在内的横向尺寸，一般为20 ～30 mm 管束的长度和宽度应与所选的构架相适应。否则应进行调整。
管束的宽度应与构架相适应，例如放置空冷器的构架6m 时，最好选用2个宽度为3m 或3个2m 的管束。如果拼凑这些尺寸有困难时，也可按计宽度设计管束和构架。
（3）构架参数
构架的跨度要比管束的长度短300mm .。主要考虑管束的进出口管嘴的安装方便。 构架的宽度与管束的宽度一致。
（4）风机参数
根据构架的尺寸初步选定风机的直径、台数，同时应使构架的风箱应有足够的高度，保证风机扩散角不大于45o 。
3管束参数确定
（1） 翅片管的参数：型式、高度、片距、片厚、光管外径、管心距等 （2） 管束的参数：管束的长度和宽度、管排数、管心距、管程数、光管面积、
管程流通面积等 （3） 管束的迎风面积
（4） 管束的通风面积与迎风面积之比 管束中的流通面积与迎风面积之比为
S
S S
bH b d S S T o F o ./5.1)2(1++-=
S o-通风面积，
S F-迎风面积
S T-翅片管中心距
S-翅片间距
b-翅片厚度
H- 翅片高度
（5）管束的通风面积
4详细核算
依据已知条件和初定的管束参数进行精确的传热及压力降计算,将计算面积与所选用的面积进行比较，令其相对误差不大于给定的误差值。若大于时需调整空冷器参数，重新进行计算，直到满足要求为止。
详细核算过程如下：
（1）计算管内膜传热系数
（2）计算管外膜传热系数
（3）计算总传热系数
（4）计算空气出口温度
（5）计算平均温差
（6）计算所需的传热面积
（7）计算面积余量，面积余量应在许可范围之内，余量一般为10～20%。
如果不满足此要求，则需从第一步中重新选取总传热系数，重复上计算过程，直至满足要求为止。
（8）计算管程压力降
管程的压力降应符合设计条件要求，否则应重新设定管程数，自第二步开始重新计算，直至压力降满足要求为止。
5 风机计算
（1）计算风量。
（2）计算管束的管外压力降。
（3）计算风机轴功率、电机功率。
若管束的管外压力降超过风机的承受能力，则要重新设定管束参数，如加大翅片片距
或管间距。重新进行计算，直至满足要求为止。
6 噪声计算
计算结果若超过设备的额定值，则需调整风机参数，甚至需调整空冷器型号，再重新计算之。
4.4 液相冷却的空冷器设计
4.4.1计算步骤
（1）根据总体设计的要求，考虑该项目使用空冷器的合理性。进行选用空冷还是水冷，选用干空冷还是湿空冷，是否设置后冷器等项的分析比较；
（2）确定设计条件，如确定空气设计温度；
（3）计算热介质需要冷却的热负荷；
（4）按空冷器估算方法计算所需的传热面积，初选空冷器的参数及台数；
（5）按初选设备进行详细核算。计算管内、外膜传热系数及总传热系数；
（6）计算空气出口温升，空气的出口温度及有效平均温差；
（7）详细计算所需的换热面积，对计算面积与选用面积进行比较，若相对误差小于给定的误差值，则计算结束，否则需调整空冷器参数，自（4）重新计算，直
至满足要求为止；
（8）根据空冷器管束面积初选风机型号及台数；
（9）计算管程压力降
（10）按选定的风机型号计算全风压、叶片角度、风机轴功率、电机功率及噪声等。
如果计算结果超过所选风机的额定值，则需调整风机或空冷器型号，重新自（4）算起，直至满足要求为止。
（11）计算空冷器噪声。
4.4.2 液体冷却过程计算例题
1 已知条件：
介质：航煤，馏程为130~230C
质量流量：67000kg/h
进口温度：165℃
出口温度：55℃ 入口压力：0.2Mpa 允许压降：60kPa
结垢热阻：0.000173 m 2.K/W 介质物性：
比重：ρ204＝0．776； 特性因数；K F =12．1 粘度，μ135=0.388×10-3 pa.s μ50=0.714×10-3 pa.s
进口热焓 H l 1＝412.4KJ/kg 出口热焓 H l 2 146.5KJ/kg 热流冷却的热负荷 ：
Q R =W i (H l l -H l 2) =67000/3600*(412.4-146.5)*1000=4947983.5 W
空气设计温度：t 1=35℃ 空气设计最低温度 ：t=-10℃ 空气侧污垢热阻：r o =0.00018 m 2K/W 海拨高度：50m 2 估算传热面积
（1）估算空气出口温度t 2：
据表3.2－6选取经验总传热系数K 0＝400W ／（m 2·K ） t 2=t 1+0.88×10-3·K 0·F f ·（
12
12
t T T -+）℃ 由热流温差＝165－55＝110℃
从图3.2－1查出F f ＝1.17 代入上式得 t 2＝35＋0.88×10-3×400×1.17×（352
55
165-+） ＝65.77℃ （2）对数平均温差：
355577
.651651)
3555()77.65165(1)(1
22121-----=
---=
∆n t t t T n
t T Tm ＝49.46℃
（3）估算换热面积： A R ＝08.25046
.494005
.4947983=⨯
3初步选取空冷器规格参数 管束长：L=9m 管束宽B=2.5m 管束数量n=2 管束参数： 翅片型式：L 型 管排数N t =6 管程数N p =6
光管外径：d=25 mm 光管内径：di=20 mm 翅片高：H=16 mm 翅片间距：S= 2.31 mm 翅片厚度：b=0.4mm 每米长度的翅片数：433 管心距：S T =63.5 mm 每m 翅片面积A f =1.84m 2 每m 光管面积Ao=0.07854m 2 翅化比ε=25.41 迎风面积S F =22.05 m 2
通风面积与迎风面积之比a=0.528 管子数 n=228
管束面积A=160m 2
管程流通面积：S i =0.011932 m 2 构架规格：9*5 风机直径D=3.6m 风机数量：2台 通风方式：鼓风式
注意：选用面积比初估面积需留10～20％的余量。 4 详细核算传热面积 (1)计算管内膜传热系数 定性温度
T D ＝0.4T 1＋0.6T 2
＝0.4×165+0.6×55=93.5℃ 定性温度下的物性: 比热：C P ＝2.35kJ/(kg ·K) 导热系数：λ＝0.143W/(m ·K) 重度：ρ＝715kg/m 3 μ＝0.44×10－3pa ·s 质量流速
s m kg Si Wi Gi ⋅=⨯=⋅=2/88.7792
*011932.0360067000
3600
雷诺数
36.354711044.088
.77902.0Re 3
=⨯⨯=
⋅=-μ
i
i G d
勃兰特准数
Pr ＝22.7143
.01044.01035.2)(33=⨯⨯⨯=⋅-λ
μp C
管内膜传热系数
首先假设壁温正系数φ＝1.0，按式（3.2－29）计算： h i =0.027
333.08.0333.08.0)220.7()36.35471(025
.0143
.0027.0(Pr)(Re)⨯⨯
=o
d λ
本科毕业设计(论文) 题目：空冷器工艺计算软件开发及200kCal/h空冷器设计 学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级： 2011级 01 班 学号： 201102060125 学生姓名：严培杰 指导老师：张玮陈冰冰 提交日期： 2015年 6月日
姓名：严培杰指导老师：陈冰冰、张玮 浙江工业大学机械工程学院 摘要 本文主要介绍了空冷器的发展以及空冷器工艺计算软件的开发。通过Visual.Basic 6.0编写了空冷器工艺计算软件，其中包含了常用冷却液体的物性参数数据，可实现传统空冷器的工艺计算。其中软件的设计思路和特点尤为重要，本文还采用软件计算和人工计算进行比较的方法，对算例进行了对比，其结果表明该软件操作方便，功能完善，可有效进行空冷器的工艺计算。 关键词：空冷器；工艺计算；翅片管；软件开发
The development of air cooler's Process Calculation Software and 200kcal/h air cooler's Design Student: peijie yan Advisor:Dr.Bingbing chen Dr.wei zhang College of Mechanical Engineering Zhejiang University of Technology Abstract This article mainly introduced the development of air cooler and the development of air cooler's process calculation software.We write the air cooler's process calculation software through Visual.Basic 6.0, and the software includes so me common liquid’s Physical param- -eters, it can use in traditional process calculation of air cooler.The software design ideas and features are particularly important。In this article,we calculated the air cooler’s structural parameters through the software and handwork。The results show the software has some Advantages ：（1）easy to operate, （2）fully functional, （3）short compute cycles。 Keywords：Air Cooler; process calculation; finned tube; Software Development
空冷器毕业设计--无相变流体空冷器设计（含CAD图纸）
四川理工学院毕业设计（论文）无相变流体空冷器设计 学生：李涛 学号：08011010311 专业：过程装备与控制工程 班级：2008.3 指导教师：项勇林海波 四川理工学院机械工程学院
二O 一二年六月 四 川 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 无相变流体空冷器设计 学院:机械工程 专业：过程装备与控制工程 班级：2008.3 学号：08011010311 学生： 李涛 指导教师： 项勇、 林海波 接受任务时间 2011.12.10 系主任 （签名） 院长 （签名） 1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 ㈠．设计说明书： 根据给定的条件设计空冷器，包括总体设计，工艺计算及设计选型，主要零部件结构设计和强度计算。设计条件：介质：航煤，馏程130～230℃，质量流量：230000kg/h 进口温度：165℃,出口温度：55℃,入口压力：0.2MPa,允许压降：60kPa,管内结垢热阻： 0.00017W /m 2K ⋅,介质物性：相对密度：相对密度：776.0204 =ρ,特性因数：1.12=K F ,黏度：s a 10388.03135⋅P ⨯=-μ,s a 10714.0350⋅P ⨯=-μ,空气设计温度：35℃,空气设计最低温度：-10℃,空气侧污垢热阻：W /m 00015.02o K ⋅=r ,海拔高度：50m ㈡．图纸要求： 空冷器总装布置图1张，空冷器零部件图3张。 2．指定查阅的主要参考文献及说明 ① GB/T 15386—1994《空冷式换热器》 ② 赖周平,张荣克.空气冷却器.北京：中国石化出版社,2010.1 ③ 马义伟.空冷器设计与应用.哈尔滨工业大学出版社，1998 3．进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 资料收集，阅读文献，完成开题报告 2012.02.27至2012.03.22 2 完成所有结构设计和设计计算工作 2012.03.24至2012.04.26
直接蒸发式空气冷却器设计的优化 摘要：本文对直接蒸发式空气冷却器的换热特性进行了分析，采用计算机编程模拟了直接蒸发式空气冷却器的一些性能，为制冷系统的优化提供参考。关键词：接蒸发式空气冷却器流速压降优化分段分析法直接蒸发式空气冷却器选用合适的风速和制冷剂质 摘要：本文对直接蒸发式空气冷却器的换热特性进行了分析，采用计算机编程模拟了直接蒸发式空气冷却器的一些性能，为制冷系统的优化提供参考。 关键词：接蒸发式空气冷却器流速压降优化分段分析法 直接蒸发式空气冷却器选用合适的风速和制冷剂质量流速对于其换热性能及能耗有重要的影响。本文利用计算机采用分段分析法模拟了直接蒸发式空气冷却器的一些性能，为制冷系统的优化提供参考。 1 直接蒸发式空气冷却器的结构 空气冷却器的表面式蒸发器都采用翅片管式。氟利昂翅片管式蒸发器的结构常用紫铜管外套铝片制成。铜管直径由至，铝片厚。在以上工作的蒸发器翅片节距在之间，并采用整套片式。空调用空冷器由于传热系数高，因而排数少，一般不超过6排。 2 直接蒸发式空气冷却器的传热过程 空冷器中的传热过程包括：管内制冷剂的流动沸腾换热；通过金属壁、垢层的导热过程；管外空气的放热过程（对流换热）。 2.1 制冷剂侧的换热 制冷剂侧沸腾换热采用分段分析法，即按照干度来分段计算。每一段的制冷剂侧的沸腾换热系数的求法按照文献 [2]推荐的公式计算。 2.2 空气横向掠过肋管管束时的换热 空气横向掠过肋管管束时的换热系数的计算按照文献[3]中提供的公式计算。这里就不做重复了。
2.3 通过管壁与垢层的附加热阻 管壁热阻为（），对于铜管，由于其导热系数很高，该项热阻可以不计。但对于钢管则应予以考虑，本论文的想象程序中取为。 油膜热阻的考虑，若为氟里昂制冷剂，一般控制含油浓度，想象时可以不考虑。 直接蒸发式空气冷却器肋管外表面积灰等造成的附加热阻，计算时一般取 0.0003～0.0001 。 3 采用分段分析法对直接蒸发式空气冷却器计算机模拟的计算步骤 在这里，我们只给出制冷剂为纯质时的直接蒸发式空气冷却器计算机模拟的计算步骤： 1）输入已知蒸发器入口制冷剂参数，蒸发压力或蒸发温度，并求入口焓； 2）输入结构参数及物性参数：结构参数中需给出基管外径，壁厚，肋片厚度，肋片节距，排列方式，管中心距；物性参数中需给出空气的导热系数，动力粘性系数，密度，比热，空气的进口状态参数，空气的出口状态参数和冷却空气量，并调用湿空气的热物性计算程序来计算空气进出口的其余参数； 3）计算空气侧换热系数，初步确定沿气流方向的管子排深数； 4）确定制冷剂循环量及每排并联的肋管根数； 5）根据干度分段，，分为段； 6）计算局部微元段换热量 ； 7）假设局部微元段长度，可求局部微元面积； 8）局部微元段热流密度（以管内表面积为基准），是计算制冷剂侧换热系数的必需已知量； 9）调用制冷剂侧换热系数计算程序，算； 10）计算局部传热系数（以管内表面积为基准）
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
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。
摘要 柴油机气缸中的空气密度不仅决定于增压空气压力，而且还与进入气缸的气温有关。新鲜空气在涡轮增压器中虽提高了压力，但气温也伴随着空气压缩而上升，气体热胀的结果抵销了气压升高的一部分效果。 实践表明：如使进入气缸前的增压空气冷却，则柴油机增压的效果会更好。例如，进入气缸的增压空气每降温10°C，约可使柴油机功率提高2.5～3％，油耗降低2～3克／马力小时,排气温度降低，柴油机受热机件酌热状态得到改善．涡轮叶片也可在接受的排气温度下工作，这使得柴油机的工作可靠性和经济性有所提高。因此，在增压器压气机蜗壳出口到进入柴油机气缸之间的空气通道上有必要设置增压空气中间冷却器(简称中冷器)。 课题主要任务就是在6135柴油机的废气涡轮增压系统中如何设计配置中间空气冷却器，从而使其在任何工况下都能获得比较理想的工作状态，并寻求在拖拉机上配用废气涡轮增压柴油机的增压中冷器设计成果。 关键词：柴油机；空冷器；涡轮增加
Abstract Cylinder diesel engine in the air density is determined not only boost air pressure, but also with the temperature into the cylinder. Fresh air in while in the turbocharger increases pressure, compressed air is accompanied by temperature rise, the result of thermal expansion of gas more than offset the higher part of the pressure effect. Practice shows that: if so pressurized air into the cylinder before the cooling, the supercharged diesel engine with better results. For example, pressurized air into the cylinder every cool 10 ° C, about diesel power could increase 2.5 to 3%, fuel consumption decreased 2 to 3 g / hp-hr, lower exhaust temperature, engine heat to heat the discretion of the state to improve parts. Turbine blades can also be accepted to work under the exhaust temperature, which makes the engine work has increased the reliability and economy. Therefore, scroll turbocharger compressor cylinder diesel exports to enter the air channel between the need to set the pressurized air intercooler (the intercooler). The main task is to issue emission 6135 diesel turbo system, how to design configure the middle of the air cooler, so that it can be in any condition more satisfactory working conditions, and seek the tractor is equipped with exhaust gas turbocharger Turbocharged diesel engine design results. Key words: diesel engine; air cooler; turbine to increase
海上平台用空冷器的设计 张喜迎 （郑州大学化工与能源学院热能与动力工程专业2班，450001） 摘要：天然气增压用空冷器属于高压容器设计，结合技术要求及海上高湿环境，本文选用干式空冷器。在设计过程中要着重解决管内换热系数的计算，从而在准确计算总传热系数的基础上，确定合理的换热面积，要既能达到客户要求的换热效果，又不会造成浪费，增加成本。整体设计完成后还要进行校核，以便确保产品能够安全使用。并按照相关标准绘制出设计装配图和零件图。 关键词：空冷器设计传热系数校核 The Design of Air Cooled Exchanger for Offshore Platform Xiying Zhang (College of Chemical and Energy, Zheng Zhou University, 450001) Abstract:Air cooled exchanger for boosting Natural gas is high-pressure vessel technology. Combined technically demanding and marine environment, this article selects dry air cooler.During the design process it should be focused on the calculation of the heat transfer coefficient of the tube side. And then the overall heat transfer coefficient should be worked out accurately. On this basic the heat transfer area is given which should not only reach the heat transfer effect but also not be a waste. In order to ensure that the product can use safely it should be checked after the completion of overall design. Besides the design drawing is given. Key words:air cooler design heat transfer coefficient check 1 综述 在国外，自30年代空气冷却器投入工业使用以来，在石油化工企业迅速得到应用，从轻油到重油、油渣，从正压到负压，从炎热地区到寒冷地区，从水源充沛地区到缺水地区都成功的使用了空气冷却器。在国内，从1963年开始空气冷却器的开发和研究工作，由于空气冷却器是节约工业用水、避免环境污染的有效措施，因此30年多来，在新老石油化工厂、冶金企业、电站得到了应用和推广，应用范围在不断扩大。。事实说明，空气冷却器不仅维护费用低，而且与水冷系统相比较，空冷器有着更长的使用寿命。 空气冷却器的基本部件如下： 管束：由管箱、翅片管和框架组合而成。需要冷却或冷凝的流体在管内通过，空气在管外横掠流过翅片管束，对流体进行冷却或冷凝； 轴流风机：一个或几个一组的轴流风机驱使空气流动； 构架：空气冷却器管束及风机的支撑部件； 附件：如百叶窗、蒸汽盘管、梯子、平台等；
HTRI空冷器教程 HTRI是一种用于热传递和流体流动模拟的计算机软件，广泛应用于 石化、化工、电力等领域中的换热器设计和分析。而空冷器则是一种常见 的热交换设备，用于将高温流体通过自然或辅助风冷的方式排放热量，因 此被广泛应用于工业生产中。 本教程将介绍如何使用HTRI软件进行空冷器的设计和分析。具体步 骤如下： 1.准备工作：在使用HTRI软件之前，需要准备换热器的设计参数， 包括进出口流体的温度、流量和物性等。同时需要了解设备的基本信息， 如管束规格、翅片材质等。 2.启动HTRI软件：双击HTRI图标或通过开始菜单打开HTRI软件。 在软件界面中选择一个新项目，并命名。 3.创建换热器模型：在项目界面中，点击“换热器”选项卡，在下拉 菜单中选择“空冷器”。在模型设置界面中，输入设备的基本信息，即管 程和翅片的规格。点击“确定”按钮，完成模型的创建。 4.设置流体性质：在模型设置界面中，点击“流体性质”选项卡。根 据进出口流体的性质，输入相关参数，如温度、压力和流量等。选择合适 的物性模型，并点击“确定”按钮。 5.定义操作条件：在模型设置界面中，点击“操作条件”选项卡。根 据实际情况输入操作条件，如进出口温度、进出口压力差等。点击“确定”按钮。
6.运行模拟：在模型设置界面中，点击“模拟”选项卡。设置计算参数，如网格划分和计算迭代次数等。点击“运行”按钮，开始进行模拟计算。 7.结果分析：模拟计算完成后，可以在结果界面中查看计算结果。可 以通过选择不同的参数进行结果分析，如温度分布、热传导和对流换热等。可以使用图表和数据表格来展示结果，并与设计要求进行比较。 8.优化设计：如果计算结果与设计要求不符，可以根据结果分析进行 优化设计。可以尝试不同的参数组合，如翅片间距、管程长度等。重新运 行模拟计算，直至满足设计要求为止。 9.导出文件：在结果界面中，可以将计算结果导出为文件。可以选择 导出报表、图表或数据表格，便于后续分析和文档编制。 10.保存项目：在完成设计和分析后，点击界面上的保存按钮，将项 目保存到指定位置。可以随时打开项目进行修改和查看。 以上就是使用HTRI软件进行空冷器设计和分析的详细步骤。通过HTRI软件的模拟计算和结果分析，可以帮助工程师更好地理解空冷器的 热传递和流体流动特性，优化设备设计，提高工艺效率和能源利用率。
第四章空冷器的设计 4.1 空冷器的设计条件 4.1-1 设计条件 1. 空气设计温度 设计气温系指设计空冷器时所采用的空气入口温度。采用干式空冷器时，设计气温应按当地夏季平均每年不保证五天的日平均气温[1][2][3]。采用湿式空冷器时，将干式空冷器的设计气温作为干球温度，然后按相对湿度查出湿球温度，该温度即为湿式空冷器的设计气温。 我国各主要城市的气温列于附表4－1。从该表可见我国绝大多数地区夏季平均每年不保证五天的日平均气温低于35℃。当接近温度大于15－20℃时，采用干式空冷器比较合理。在干燥炎热的地区，为了降低空气入口温度可以采用湿式空冷器。 2. 介质条件 （1）适宜空冷器的介质条件 适于采用空冷器的介质有石油化工过程中的气体,液体，水和水蒸汽等。 3.热流的操作条件 （1）流量。根据工艺要求而定。 （2）操作压力。根据国家标准“空冷式换热器”的规定，最高的设计压 为35 Mpa，这个压力可以满足石油化行业空冷器的操作要求。 （3）入口温度 热流的入口温度越高其对数平均温差越大，因而所需要的传热面积就越小，这是比较经济的。但是，考虑能量回收的可能性，入口温度不宜高，一般控制在120～130℃以下，超过该温度的那部分热量应尽量采用换热方式回收。在个别情况下，如回收热量有困难或经济上不合算时，可适当介质入口温度。就空冷器本身而言，考虑到介质温度升高会导致热阻的增加，传热效率下降，绕片式翅片管的工作温度可用到165℃而锒片式翅片管可用到200℃ 如果热流入口温度较低（低于70~80℃），可考虑用湿式空冷器。 （4）出口温度与接近温度 对于干式空冷器出口温度一般以不低于55~65℃为宜[3]，若不能满足工艺要求，可增设后湿空冷，或采用干－湿联合空冷。
空冷冷凝器设计 摘要：冷凝器是各工业部门中重要的换热设备之一。换热器作为热量传递中的过程设备，在化工、冶金、石油、动力、食品、国防等工业领域中应用极为广泛。换热器性能的好坏，直接影响着能源利用和转换的效率。近年来，节能工作开始被全球所重视,而换热器特别是高效换热器又是节能措施中关键的设备。因此,无论是从上述各工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都有非常重要的意义。 本设计是关于管翅式空冷器的设计。主要内容是进行了冷凝器的工艺计算，结构设计和强度校核。设计内容首先是传热计算，主要是根据设计条件计算换热面积。其次是结构设计以确定各部件的尺寸。最后还包括是强度计算与校核，主要包括管箱结构与校核和支架的校核。 关于设计管翅式冷凝器的各个环节，在后面设计书中做详细的说明。 关键词：冷凝器；传热；结构；强度；管翅式换热器；
Design of Air-cooled Condenser Abstract：Condense is one of the most important heat exchanging equipments in industrial field. As a heat transfer in the processing equipment, exchanger is widely applied in chemical industry, metallurgy, oil, power, food, defense industry. In recent years, the problem of energy-saving is beginning to be regarded all over the world. And heat exchanger, particularly efficient heat exchanger，It is the key to energy-saving equipment. Therefore, whether from the foregoing the development of industry, or from efficient energy use, the reasonable heat exchanger design, manufacturing, selection and running all have very important significance. The manual is about the Finned tube condenser，which included process calculation , the structural design and intensity . The first part of this manual is the heat transfer’s calculation. Mainly, it is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area. Next is the structure design to determine the size of the components. Finally also including the strength calculation and checking, mainly including the Tube Box’s structure and the support checking. About the design of the Finned tube condenser,The detailed content is in the back of the design instructions. Key words： Condenser ; Heat transfer; Structure; Strength Finned tube exchanger
摘要 空压机二段空冷器设计属于常规压力容器设计。空冷器由筒体、封头、管箱、折流板、传热管、拉杆、法兰等结构组成。 本论文主要包括了换热器以及空冷器的概述，工艺计算，结构计算以及零件设计四部分。概述部分主要包括了换热器的概念及分类，空冷器的概念及优点以及空压机二段空冷器的作用；工艺计算部分主要包括了传热量的计算以及换热管、折流板等基本机构的参数的选择和换热管的排列方式的选择；结构计算部分主要包括了筒体和封头壁厚计算，水压试验校核以及开孔补强计算；零件设计部分中主要包括了是否设置膨胀节，法兰、垫片的选取，拉杆、弓形折流板的参数确定以及鞍式支座的选择和校核。 设计计算说明书所得数据是为了绘制图纸提供尺寸依据，随着计算机技术的不断发展，计算机绘图已经取代手工绘图，所以在下一步的计算机绘图中可选用说明书中的相关数据。 关键词：空冷器，结构计算，鞍座，校核
Abstract Air cooler design belongs to the conventional design of heat exchanger. Heat exchanger consists of cylinder, head, control boxes, baffles, heat transfer tube, rod, flanges and so on. The paper includes four parts, they are the overview of the heat exchanger, process calculations, structure calculations, and parts design. The overview includes the major concepts and classification of heat exchangers, the concept and benefits of air cooler, and the function of the second stage air cooler of the air compressor; Process calculation includes the calculation of heat transfer, and the parameter selection of tubes, baffles and other basic structures; Structure calculation includes the thickness calculation of cylinder and head, pressure test and opening reinforcement calculation; Parts design includes the choice and verification of the expansion joint, flanges, levers, baffles and saddle supports. The data of design calculations is available in drawing. With the continuous development of computer technology, computer graphics has replaced hand drawing, so the data in this paper can be used in computer graphics. Key words: air cooler, structure calculation, saddle support，checking
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。 风机风量的调节方式：风机一般按停机手动调角风机选用。对于操作工况负荷变化大，控制要求高的可选用变频控制。 1.1.5空冷器的电机 优先选用 YB2 系列隔爆型电机。
第二章空冷器设计 一、空冷器设计方案 冷却水经过发动机的冷却系统升温后，流入空冷器进行冷却，再进入发动机的冷却系统进行循环冷却。 图示如下： 二、空冷器热力计算 发动机有效功率（由题） 25kW 发动机单位时间散热量Q=25/30％*60％=50kW 由热平衡方程式得Q=M 水c 水 （T 1 -T 2 ），解得M 水 =0.60kg/s 1、原始数据 热水进口温度（给出） T 1 =90℃ 热水出口温度（给出） T 2 =70℃ 空气设计温度（取济南市夏季平均每年不保证五天的日平均气温） t 1 =33.8℃ 估算空气出口温度t 2 =50℃ 水流量M 水 =0.60kg/s 2、流体的物性参数 水的定性温度T m1=(T 1 +T 2 )/2=(90+70)/2=80℃ 水的比热(查物性表) c 1 = 4.195 kJ/(kg﹒℃) 水的密度(查物性表) ρ 1 = 971.8kg/m3 水的导热系数(查物性表) λ 1 =0.675 W/(m﹒℃)
水的粘度μ 1 =356.5×10-6kg/(m*s) 水的普兰德数Pr 1=μ 1 c 1 /λ 1 =356.5×10-6×4195/0.675=2.22 空气的定性温度t m2=（t m1 +t m2 ）/2=41.9℃ 空气的比热(查物性表) c 2 =1.03 KJ/(kg·℃) 空气的密度(查物性表) ρ 2 =1.12 kg/m3 空气的导热系数(查物性表) λ 2 =2.769×10-2 W/(m﹒℃) 空气的黏度μ 2 =19.2×10-6 kg/(m*s) 空气的普兰德数Pr 2=μ 2 c 2 /λ 2 =0.699 3、传热量及平均温差 热损失系数（取用）η L =0.98 传热量Q 1=Qη L =50×0.98=49kW 空气流量M2= Q 1/ c 2 (t 2 -t 1 )=45/1.03×(50-33.8)=2.70kg/s 逆流时对数平均温差Δt 1m =（Δt max -Δt min ）/ln(Δt max /Δt min )=18.01 参数P=（T 1-T 2 ）/(T 1 -t 1 )=（90-70）/(90-33.8)=0.302 参数R=(t 2-t 1 ）/( T 1 - T 2 )=（50-33.8）/(90-70)=0.81 温差修正系数（由两种流体中只有一种流体有横向混合的错流式热交换器公式计算）ψ=0.978 有效平均温差Δt m =ψΔt 1m =0.978×18.01=17.61℃ 4、估算传热面积及传热面结构 水流速（初步估计）w 1 =0.5m/s 空气流速（初选） w 2 =1 m/s 管子材料及规格: 选用碳钢无缝钢管φ19×2 钢管导热系数k=46.52W/(m*℃) 选定壁温T=（80+41.9）/2=61℃ 查物性表得在此温度下的水的粘度μ 1 ′=463.5×10-6kg/(m*s) 水侧换热系数h 1 求解： Re=ρ1w1d/μ1=971.8×0.5×0.019/0.0003565=25896.5 Nu=0.027Re0.8Pr0.3(μ 1′/μ T )0.14 =0.027×25896.50.8×2.220.3×（463.5/356.5）0.14=151.3 h 1=Nuλ 1 /d=151.3×0.675/0.019=5375.1 W/(m2﹒℃) 空气侧换热系数h 2 求解： h 2=412 w 2 0.718=412×10.718=412 W/(m2﹒℃) 传热系数1/K=1/h 1+δ/k+1/h 2 解得 K=376.5W/(m2﹒℃) 估算传热面积F= Q 1/KΔt m =49000/(376.5×17.61)=7.4m2 管程所需流通截面积A t =M 1 /ρ 1 w 1 =0.6/(971.8×0.5)=0.00123 m2 按单程计算每程管数n=4A t /πd2=4×0.00123/(3.14×0.0192)=4.34 取n=5 每根管长L=F/nZ t πd=7.4/5×4π×0.019=6.2m 取L=6m 取传热管长l=3m，则管程数为Np=L/l=6/3=2 传热管总根数N=5×2=10（根） 管子排列方式选等边三角形
文章标题：深度探讨工业烟气空气冷却器设计和计算excel 在工业生产过程中，烟气空气冷却器扮演着至关重要的角色。它们不仅可以有效地降低烟气排放的温度，减少对环境的影响，还可以为工业生产提供所需的热量和能量。设计和计算excel是在烟气空气冷却器行业中不可或缺的工具。 一、工业烟气空气冷却器的基本原理 1.1 工业烟气空气冷却器的作用 工业烟气空气冷却器主要用于降低烟气的温度，以保护下游设备不受高温烟气的侵蚀，在环保排放中也有着重要的作用。 1.2 空气冷却器的结构和工作原理 空气冷却器通常由换热管束、外壳、支撑和导流板等部件组成，通过外界空气对换热管束进行冷却，从而使烟气温度下降。 二、工业烟气空气冷却器设计的重要性 2.1 设计参数与工艺要求的匹配 在设计工业烟气空气冷却器时，需要充分考虑工艺要求和设计参数的匹配，以确保其正常运行和高效工作。 2.2 关键设计要素的分析和优化 换热面积、气体流速、冷却介质等关键设计要素的分析和优化，对于提高空气冷却器的性能至关重要。
三、工业烟气空气冷却器计算excel的应用 3.1 excel在设计过程中的优势 excel作为一种强大的计算工具，可以快速、准确地进行烟气空气冷却器的设计计算，大大提高设计效率和准确性。 3.2 计算excel的具体应用 通过excel可以进行换热面积的计算、冷却介质的选择、流速的计算等，从而得出最佳的设计方案。 四、个人理解和观点 在工业烟气空气冷却器设计和计算excel的过程中，我深切体会到了 其在工业生产中的重要性。只有通过合理的设计和准确的计算，才能 确保空气冷却器的高效工作，并为工业生产提供所需的热量和能量。excel作为设计工具，不仅提高了设计效率，还为设计人员提供了更多自主性和灵活性。 总结回顾 工业烟气空气冷却器设计和计算excel的文章是以简单到复杂的方式，全面探讨了烟气空气冷却器的基本原理、设计的重要性，excel在设计中的应用，个人理解与观点等方面。通过文章的阅读，读者可以全面、深入地了解烟气空气冷却器的相关知识，并对其设计和计算有更清晰 的认识。 通过这篇文章的撰写，我们不仅对工业烟气空气冷却器的设计和计算
空冷器的工艺设计 【摘要】本文介绍了空冷器的典型工艺设计流程和方案，分析了在工艺设计过程中的主要设计参数选取，空冷器在化工生产中占着非常重要的比重，国内外对空冷器的工艺设计有着系统的研究。本论文以甘肃伏龙泉当地的气候条件作为数据来源，根据工艺要求、场地情况、环境温度变化资料和环保要求，确定具体的设计参数、总体方案、空冷器的型式，对空冷器的设计研究具有非常重要的参考价值和意义。 【关键词】空冷器工艺参数翅片管管程数管束风机总体方案 1工况条件 1.1空冷器的主要设计参数如下 1.2工艺气组分如下 1.3设计要求 环境设计温度35℃，海拔影响不计，管内压降20 KPa。 2工艺参数确定 2.1 空气设计温度确定 空气设计温度指设计空冷器时选用的当地空气入口干 球温度。
本次设计根据需方提供气象数据，确定空气入口温度为35℃。 2.2 管内介质设计温度确定 2.2.1入口温度确定 理论上热流入口温度愈高，采用空冷愈经济，但入口温度超过200℃时，应考虑用其他换热器进行热量回收。 2.2.2出口温度确定 出口温度的选取直接影响空冷器经济性的重要指标，直接决定空冷器型式的选择。 2.3 干式、湿式空冷器型式确定 一般条件下，对于干式空冷器接近温差一般应大于15℃，若热流体出口温度不能满足要求，则考虑采用湿式空冷器。需方给出管程进出温度为75℃/45℃，接近温度为30℃，本次设计使用干式空冷合理。 2.4 管排数确定 管排数对于空冷器经济性的影响较大，从经济上考虑，一般希望空气温升15-20℃， 增加管排数，空气温升增加，但压降也增加，合理选择管排数的意义重大。本次设计为天然气冷却，确定管排数为6。 2.5 迎面风速确定 迎面风速代表了空气经过翅片管的速度，过小会导致空
空气冷却器设计 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，2006 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。 第四章为结果的汇总与分析，主要将第三章的计算内容进行了汇总并作了补充说明，然后对其他的标准附件进行了选择。 第五章为总结，总结了本次设计的不足，介绍了换热器在近期的发展与未来的趋势。 关键词：空气冷却器，固定管板式换热器，传热，管板，发展