气-气型热管换热器的设计步骤及其说明

1. 设计步骤

a. 已知条件

  给出冷热两流体的流量、进出口温度并计算出热负荷。

b. 基本选择

  选择热管工质、管壳材料、热管的几何结构、放置形式等。

c. 结构设计

  ①. 选择入口质量流速；

  ②. 确定加热段和冷却段的长度比；

  ③. 确定进口截面尺寸、第一排热管数目及传热面积。

d. 传热计算

  ①. 传热系数Ko的计算；

  ②. 对数平均温差的计算；

  ③. 计算所需要总传热面积；

  ④. 所需热管根数及排数。

e. 阻力计算

  ①. 热流体侧阻力计算；

  ②. 冷流体侧阻力计算。

f. 热管极限传热能力的计算。

g. 最低管壁温度的计算。

2. 设计步骤说明

a. 已知条件的说明

 在实地测试调查和方案比较的基础上给出下列已知条件：

热流体流量M₁(kg/h);

热流体入口温度T'₁(℃);

热流体出口温度T''₁（℃);

热流体允许压降Δ_p1(mmH₂O);

冷流体流量M₂(kg/h);

冷流体入口温度T'₂(℃);

冷流体允许压降Δ_p2(mmH₂O)。

  应用热冷流体的质量流量M₁、M₂进行计算比较方便，因它不受气流温度和比容的影响，在任一流动横截面上都是一个常数，如果给出的是体积流量，可换算成质量流量。

 若冷流体的出口温度 T''₂为设计的已知条件，则热流体的出口温度 T''₁及其他参数应由式（4-1)确定。

 冷流体的入口温度T'₂往往要由设计者选定，T''₂的选择一般并不影响热负荷和传热系数大小，但能改变传热温差的大小，因而对传热面积即设计的经济性有影响。选择较高的冷流体入口温度，可使对数平均温度减小，使设计的传热面积增大，因而偏于安全，对热管空气预热器，应选取其工作环境的年平均温度作为冷空气入口温度，一般在10~20℃。

 在热流体是烟道气的情况下，烟气的露点温度是烟气出口温度T''₁选择的依据，应使烟气出口温度稍高于露点温度以避开露点腐蚀。

b. 传热计算的说明

 ①. 推荐以加热段光管外表面积作为基准传热面积的计算 式（5-22),加上一项污垢热阻R污来计算热管的各项热阻；

 ②. 对气-气热管换热器采用中点计算法计算平均传热系数，即按冷热流体的平均温度计算。因对气气式热管换热器换热，传热系数主要取决于气体侧的对流换热系数，而气体换热系数随气体的温度变化是不大的。因而完全可以用一个平均温度下的传热系数来代替，简化设计步骤。