汽化器傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算

汽化器傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算汽化器傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算文件管理序列號(hào)：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]汽化器傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算總則（成都清源低溫科技有限公司技術(shù)部·王道德）1引言空溫式汽化器是通過吸收外界環(huán)境中的熱量并傳遞給低溫介質(zhì)使其汽化的設(shè)備。由于其具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于低溫液體汽化器、低溫貯運(yùn)設(shè)備自增壓器等。實(shí)際應(yīng)用中，低溫工況下星型翅片導(dǎo)熱管汽化器普遍存在結(jié)霜現(xiàn)象，考慮地區(qū)、溫度和季節(jié)變化在內(nèi)，各種汽化器的結(jié)霜面積大約占總面積的60%～85%。霜層在星型翅片導(dǎo)熱管表面的沉積增加了冷壁面與空氣間的導(dǎo)熱熱阻，減弱了傳熱效果，同時(shí)，霜層的增長(zhǎng)產(chǎn)生的阻塞作用大大增加了空氣流過汽化器的阻力，造成氣流流量的下降，使汽化器的換熱量大大地減少。以往的空溫式汽化器都是依據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，并且忽略了星型翅片導(dǎo)熱管在結(jié)霜工況下對(duì)傳熱性能的影響，實(shí)際應(yīng)用偏差較大，有些汽化量不足，影響生產(chǎn)，過大則造成不必要的浪費(fèi)。因此如何合理設(shè)計(jì)空溫式汽化器，方便工程應(yīng)用是當(dāng)前急需解決的問題。國內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行過不少的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，目前仍未得出一個(gè)比較實(shí)用且相對(duì)精確的關(guān)聯(lián)式。本文探討這些問題在于為空溫式汽化器的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考依據(jù)。圖1空溫式汽化器結(jié)構(gòu)示意圖2傳熱量的計(jì)算由熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)可知，汽化器管內(nèi)工作介質(zhì)的壓力在臨界壓力以上，溫度低于臨界溫度時(shí)為液體，高于臨界溫度時(shí)為氣體；在臨界壓力和臨界溫度以下時(shí)，有一相變的氣—液兩相區(qū)，溫度高于壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)為氣體，低于飽和溫度時(shí)為過冷液體。如果壓力高于臨界壓力，它的換熱特點(diǎn)是分為預(yù)熱段（臨界溫度以下）和蒸發(fā)段（臨界溫度以上）兩個(gè)區(qū)段，沒有兩相共存的汽化階段。因此，介質(zhì)的壓力和溫度決定汽化器的設(shè)計(jì)方案，不同的流態(tài)傳熱特性有很大差別，需分別考慮、計(jì)算。本文選定的空溫式汽化器為L(zhǎng)NG高壓汽化器，LNG進(jìn)口溫度為-162℃，工作壓力為25MPa。所以，LNG在星型翅片導(dǎo)熱管內(nèi)吸熱經(jīng)液相、氣相兩種相變過程，不考慮氣液兩相區(qū)汽化階段。圖2星型翅片導(dǎo)熱管結(jié)構(gòu)示意圖按照熱力學(xué)第一定律，汽化器的汽化過程中吸收的總熱量，有如下關(guān)系式：nQQhhmQglinout(1)Q為星型翅片導(dǎo)熱管在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量——KJ/sm為單位時(shí)間內(nèi)汽化液體質(zhì)量——Kghout為汽化器出口氣體焓值——KJ/kghin為汽化器進(jìn)口液體焓值——KJ/kgQl為單排星型翅片導(dǎo)熱管液相區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量——KJ/sQg為單排星型翅片導(dǎo)熱管氣相區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量——KJ/sn為星型翅片導(dǎo)熱管的排數(shù)3傳熱系數(shù)的確定空溫式汽化器管內(nèi)流動(dòng)著低溫液體，液體吸熱產(chǎn)生相變。同時(shí)星型翅片導(dǎo)熱管表面溫度低于周圍環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度，星型翅片導(dǎo)熱管表面結(jié)霜，不同相區(qū)霜層厚度不同，導(dǎo)熱熱阻也不同。汽化器從開啟到正常運(yùn)行傳熱與熱阻要經(jīng)歷非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)階段：在非穩(wěn)態(tài)階段霜開始形成時(shí)表面粗糙度增大，引起傳熱面積增大，同時(shí)氣體流速也增大，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，汽化器表面的霜層厚度要比非穩(wěn)態(tài)時(shí)的大，而且隨著霜層厚度的增大翅片間的空氣流道不斷減小，增大了空氣流通阻力進(jìn)而增大傳熱熱阻。因此，汽化器工作時(shí)相同的產(chǎn)氣量在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)需要的傳熱面積要大，作為計(jì)算的上限值，而非穩(wěn)態(tài)不考慮結(jié)霜的傳熱面積作為計(jì)算的下限值。低溫工質(zhì)的傳熱過程十分復(fù)雜，本文對(duì)計(jì)算過程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。(1)沿管程分為兩段：?jiǎn)蜗嘁后w對(duì)流換熱區(qū)、單相氣體對(duì)流換熱區(qū)；(2)各相區(qū)采用均相模型；(3)傳熱管壁僅考慮徑向?qū)?。總傳熱系?shù)按照下式確定：442111111fRK(2)其中，總傳熱系數(shù)中構(gòu)成值由下式推導(dǎo)而得出：3333321(2,)tanh(bmmhmhRf為污垢熱阻——m2·K/W1為星型翅片導(dǎo)熱管壁厚——m1為星型翅片導(dǎo)熱管導(dǎo)熱系數(shù)——W/(m·K)2為霜層厚度——m2為霜的導(dǎo)熱系數(shù)——W/(m·K)3為翅片厚度——m3為翅片導(dǎo)熱系數(shù)——W/(m·K)3為不銹鋼內(nèi)襯厚度——m4為不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)——W/(m·K)為翅片的總效率為空氣對(duì)流換熱系數(shù)——W/(m2·K)1為管內(nèi)流體對(duì)流換熱系數(shù)——W/(m2·K)b為翅片寬度——mh為翅片高度——mβ為肋化系數(shù)因?yàn)殇X和不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于管外空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中將(2)式中的4411和項(xiàng)略去，最后得到如下公式：221111fRK(3)3.1空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)的確定由于結(jié)霜后翅片表面粗糙度增加，一般的，空氣與霜層之間的換熱系數(shù)α=(1.2～1.3)αw，αw為汽化器未結(jié)霜時(shí)的外表面換熱系數(shù)?？諟厥狡鞫疾捎眯切托切统崞瑢?dǎo)熱管，對(duì)于星型星型翅片導(dǎo)熱管可按空氣對(duì)平壁的自然對(duì)流換熱準(zhǔn)則方程式來求解αw。層流(Ra=Gr·Pr=2×104～8×109：4/1Pr)(54.GrNu(4)紊流(Ra=Gr·Pr=8×109～8×1011：3/1Pr)(54.GrNu(5)其中格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)Gr由下式確定：23TlgGr(6)Ra為瑞利數(shù)Pr為普朗特?cái)?shù)Nu為努謝爾特?cái)?shù)β為體脹系數(shù)——1/Kg為重力加速度——m/s2下載文檔到電腦，查找使用更方便1下載券8人已下載還剩2頁未讀，繼續(xù)閱讀定制HR最喜歡的簡(jiǎn)歷l為星型翅片導(dǎo)熱管長(zhǎng)度——mΔT為流體和管壁間溫度差——K為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)—W/(m·