高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備翅片管換熱器的傳熱計算

高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備翅片管換熱器的傳熱計算

蒲彥君

(甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州730030)

摘要:翅片管換熱器是高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的供熱裝置，通過對翅片管換熱器的翅化比、對流換熱系數(shù)、傳熱系數(shù)及阻力的計算，得到了翅片管換熱器的壓降及翅片管的管數(shù)，計算結(jié)果表明翅片管換熱器換熱能力強，傳熱系數(shù)高。
    關(guān)鍵詞:翅片管;翅化比;傳熱系數(shù);對流換熱系數(shù);壓降
    中圖分類號:S22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006－4414(2010)04－0073－02
    1·引言
    高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備采用閉式熱風(fēng)分段分倉設(shè)計，將干燥過程分成若干個可適應(yīng)不同溫度的閉環(huán)熱風(fēng)干燥單元，翅片管換熱器是干燥單元的供熱裝置，根據(jù)各干燥階段(恒速階段、降速階段)所需熱量的不同，干燥單元內(nèi)翅片管換熱器的數(shù)量按照物料干燥階段所需熱量進(jìn)行匹配性設(shè)計。筆者通過對翅片管各參數(shù)的計算分析，得出翅片管的壓降和所需數(shù)量。為高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的熱源選擇提供了計算依據(jù)。
    2·翅片管基本參數(shù)介紹
    翅片管的結(jié)構(gòu)特性、材質(zhì)及加工方法可用以下數(shù)字或符號表示:CPG(ΦDb×δ/Df/P/T－X/Y－A)，高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備換熱器翅片管的基管采用不銹鋼，翅片為鋁片，依據(jù)表示方法，翅片管型號可表示為CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3－C304/Al)［1］。翅片管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

             
    3·翅片管翅化比計算［2］

    
    4·翅片管換熱和阻力計算［2，3］
    翅片管的排列有順排式和叉排式，順排翅片管壓降小，換熱系數(shù)小，翅片管叉排壓降大，換熱系數(shù)大，所以高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備的翅片管采用叉排，排布如圖2所示。

           
    4．1計算空氣質(zhì)量流速
    在計算空氣質(zhì)量流速時，先應(yīng)計算有效迎風(fēng)面積S0，其面積為0．85m2。

    
    4．2最窄迎風(fēng)面積及最窄迎風(fēng)面上質(zhì)量流速計算

    
    根據(jù)式(6)可計算出最窄迎風(fēng)面積，將式(5)、(6)帶入式(7)中，可計算出最窄迎風(fēng)面積上的質(zhì)量流速。
    4．3翅片管換熱系數(shù)計算
    高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備為分段式干燥，由于干燥階段的不同，干燥系統(tǒng)所需的熱量也不相同，在計算時，要依據(jù)干燥段分別計算，先求取各干燥段的平均溫度t’;查取該溫度下空氣的物性值密度，ρ;黏度，μ;導(dǎo)熱系數(shù)，λ;普朗特數(shù)，Pr。依據(jù)式(8)計算換熱系數(shù)。

    
    4．4翅片的有效性
    翅片的有效性是指在加裝上翅片以后，以基管(光管)外表面為基準(zhǔn)的換熱系數(shù)增加倍數(shù)經(jīng)推導(dǎo)，有下列關(guān)系式:
    h0=h×［(A0+Af)η/Ab］
    式中:h0為以光管外表面積為基準(zhǔn)的對流換熱系數(shù)，它代表加裝翅片以后的總效果;由于A0?Af，故上式可簡化為:h0=h×η×β(9)
    翅片管的效率η計算比較復(fù)雜，在計算時，可依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)相似的翅片管進(jìn)行選擇，翅的有效性h0=756．7w/(m2·℃)。
    4．5翅片管傳熱系數(shù)計算
    4．5．1摩擦系數(shù)計算
    f是摩擦系數(shù)，是一個無因次數(shù)。對于按等邊三角形排列的管束，由下面的實驗關(guān)聯(lián)式計算:

    
    4．5．2傳熱系數(shù)計算 
    K=h0×f(11)
    將式(9)、(10)代入式(11)中，經(jīng)計算，型號為CPG(?18×2．5/37/2．5/0．3?C304/Al)的翅片管傳熱系數(shù)K為622．22 W/(m2·℃)。
    4．6翅片管束數(shù)量計算
    通過上述計算，可以進(jìn)行翅片管換熱器的工藝設(shè)計。設(shè)計的出發(fā)點和歸宿就是傳熱公式，在以傳熱面積作為設(shè)計目標(biāo)時，傳熱公式可寫為:

    
    式中:Q為傳熱量(熱負(fù)荷)kW或W;K為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃);ΔT為傳熱溫差，℃。先進(jìn)行傳熱溫差計算，翅片管熱交換如圖3所示。

            
    將傳熱溫差ΔT帶入式中，可得傳熱面積A，可用式(15)計算干燥設(shè)備所需翅片管數(shù)量。
    N=A/πD0 L(14)
    經(jīng)過計算，高效節(jié)能鋼帶式果蔬綠色干燥裝備共需翅片管460根。翅片管為叉排排列。
    4．7翅片管束的換熱和阻力計算
    在流體繞流翅片管束的流動阻力計算中，采用Briggs和Young的實驗關(guān)聯(lián)式，Briggs和Young的實驗關(guān)聯(lián)式計算條件如下:

    
    經(jīng)計算，滿足Briggs和Young的實驗關(guān)聯(lián)式計算條件，可以使用公式(15)進(jìn)行計算，在第I級、在第II級各組翅片管壓降ΔP計算如表1所示。

            
    翅片管束采用叉排排列，有較大的質(zhì)量流速，結(jié)構(gòu)更為緊湊，換熱效率提高。
    5·結(jié)論
    由于翅片管的傳熱是一個極為復(fù)雜的過程，目前，還沒有能夠精確計算的公式，一般都采用經(jīng)驗公式，計算表明:型號為CPG(Φ18×2．5/37/2．5/0．3?C304/Al)的翅片管換熱效率好，對流換熱系數(shù)、傳熱系數(shù)大。隨著項目的后續(xù)進(jìn)行，干燥設(shè)備傳熱研究分析將進(jìn)一步深入。
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