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原文传递空气换热器中换热翅片面积的校核方法

专利名称：	空气换热器中换热翅片面积的校核方法
摘要：	本发明公开了一种空气换热器中换热翅片面积的校核方法，包括以下步骤：步骤一，换热器平均温差△T的计算；步骤二，空气侧所需的理论换热系数hair的核算；步骤三，实际管外换热系数hfac的计算与校核；步骤四，判断翅片表面积Af是否满足换热性能要求：如求得真实的管外换热系数hfact，不低于之前所求的所需空气侧所需的换热系数hair，即视为满足换热性能的要求；否则，修改翅片表面积Af，再次经步骤二至三校验，直至满足条件；步骤五，根据计算的翅片表面积Af，若简单波纹面积足够的话，则直接压制简单波纹；若简单波纹面积不足的话，则另外方向同样压制波纹或者使波纹略微弯曲以形成复杂波纹，以进一步增大翅片的表面积来达到计算值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	张家港市恒强冷却设备有限公司
发明人：	石世信;姚建峰;林建忠
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910895814.9
公开号：	CN110501377A
代理机构：	北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李宏伟
分类号：	G01N25/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	215631 江苏省苏州市张家港市金港镇中华路东侧、长山路北侧(环保新材料产业园)张家港市恒强冷却设备有限公司
主权项：	1.空气换热器中换热翅片面积的校核方法，包括以下步骤：步骤一，换热器平均温差△T的计算：壳侧进口温度的计算，基于如下公式：式中，Tairin是空气的进口温度，单位℃；Tairout是空气的出口温度，为给定值，单位℃；Q是总的换热量，为给定值，单位W；Mair是空气的质量流量，根据压力和温度，求取热端的密度，乘以热端的体积流量即得，单位kg/s；Cpair是热端的定压比热容，根据压力和温度查取，单位J/kg-℃；计算修正系数R，无量纲的系数P，NTU和K，： K＝1-e-R·NTU；然后计算无量纲的平均温差修正系数F：从而得到最终的平均温差△T；式中，T是温度，单位：℃；下标中的“air”和“water”分别代表空气和水，“in”和“out”分别表示进口和出口；步骤二，空气侧所需的理论换热系数hair的核算：首先计算管内水雷诺数； Re是雷诺数，无量纲；ρ是流体的密度，单位kg/m3；V是流体流速，单位m/s；Di是换热管内径，单位m；μ是流体的粘度，单位kg/m-s；管内水换热系数，适用范围：0.5≤Pr≤2000，2300≤Re≤5×106；式中，Nu是努塞尔数，无量纲；Pr是普朗特数，无量纲，可由物性查取；fw是摩擦系数，无量纲：fw＝(1.58·ln(Re)-3.28)-2；根据Nu数，利用如下公式，计算管内的换热系数，计算统一至换热管外表面处的管内水的换热系数hwater，单位W/m2-℃； λwater是水的导热系数，单位W/m-℃；Do是换热管外径，单位m；Di是换热管内径，单位m；计算换热管管壁的换热系数htube：单位W/m2-℃； λtube是管壁金属的导热系数，单位W/m-℃；Do是换热管外径，单位m；Di是换热管内径，单位m；计算统一至换热管外表面的管侧污垢热阻RFwater，计算统一至换热管外表面的壳侧的污垢热阻RFair，根据换热管外设计表面积和平均温差、换热量求得的总体所需换热系数h，单位W/m2-℃：Q＝h·Area·ΔT；式中，Q是总体换热量，W；h是总体换热系数，单位W/m2-℃；Area是设计换热面积，单位m2；△T是平均温差，单位℃；根据下式计算空气侧所需的换热系数hair，单位W/m2-℃：步骤三，实际管外换热系数hfac的计算与校核：首先，计算传热j因子，无量纲；式中，ReDc是基于套管外径的雷诺数，无量纲，Dc＝Do+2·δ，即外径+两倍的翅片厚度；σ是截面面积收缩比，等于套管处的最小流通面积，除以翅片的进口处的最大流通面积；套管外径处的雷诺数，基于套管外径处的最大流速和套管外径计算：式中，ρair是空气的密度，单位kg/m3；Vmax表示套管处的空气流速，单位单位m/s；Dc是套管外径，m；μair是空气的粘度，单位kg/m-s；计算管外空气侧翅片面积不扩展时的换热系数hinitial；单位W/m2-K；式中，Pr是普朗特数，无量纲；k是导热系数，单位W/m-K；下标“air”代表空气；然后，按下面的步骤进行换算面积扩展后管外空气侧的换热系数hfac： a：计算翅片效率η：首先，通过下式计算圆形翅片的平衡当量半径Req：平衡当量半径Req，单位m；式中r是换热管的内半径，单位m，r＝Di/2；XM和XL和换热管的布置有关，单位m，按下式计算：式中，Pt是换热管的节距，垂直于流动方向，单位m；Pl是换热管的节距，平行于流动方向，单位m，正三角形布置，Pl＝Pt×sin(60°)；然后，计算变量无量纲；接着，计算翅片的当量参量mf,单位1/m；式中，kf是翅片材料的导热系数，单位W/m-K；t是翅片的厚度，单位m；这样，可求得翅片效率η，无量纲； tanh(x)＝(ex-e-x)/(ex+e-x)； b：计算一个无量纲的面积修正系数ηso，式中，Af是翅片的设定表面积，按单面计算，不包括翅片套管部分外表面积Ab，单位m2；包含套管部分的翅片总表面积Ao＝Af+Ab，单位m2； c：计算经过翅片扩展后统一至换热管光管外表面处的空气侧实际换热系数hfact，单位W/m2-K；式中，At是换热管光管的外表面积，单位m2；步骤四，判断翅片表面积Af是否满足换热性能要求：如求得真实的管外换热系数hfact，不低于之前所求的所需空气侧所需的换热系数hair，即视为满足换热性能的要求；否则，修改翅片表面积Af，，再次经步骤二至三校验，直至满足条件；步骤五，根据计算的翅片表面积Af，决定换热翅片的表面形状，若简单波纹面积足够的话，则直接压制简单波纹；若简单波纹面积不足的话，则另外方向同样压制波纹或者使波纹略微弯曲以形成复杂波纹，以进一步增大翅片的表面积来达到计算值。 2.如权利要求1所述的空气换热器中换热翅片面积的校核方法，其特征在于：所述散热翅片为铝制散热翅片。 3.如权利要求2所述的空气换热器中换热翅片面积的校核方法，其特征在于：所述散热翅片采用人字形波纹型翅片，且在保证换热面积的前提下，保证折弯角θ≥120°。
所属类别：	发明专利