空冷器是一種較為小型的冷卻設(shè)備，可以自由地在室內(nèi)和室外使用，相比較冷卻塔而言可以說是一種小型的冷卻塔，不過所采用的冷卻介質(zhì)為空氣，這就降低了很大的運(yùn)行成本，同時(shí)也對(duì)環(huán)境的影響程度有所下降，下面是一臺(tái)空冷器設(shè)備的作用及原理設(shè)計(jì)過程，僅供參考。
一、空冷器設(shè)計(jì)方案
冷卻水經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)升溫后，流入空冷器進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)冷卻。
二、空冷器熱力計(jì)算
發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率(由題) 25kW
發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間散熱量Q=25/30%*60%=50kW
由熱平衡方程式得Q=M水c水(T1-T2)，解得M水=0.60kg/s
1、原始數(shù)據(jù)
熱水進(jìn)口溫度(給出) T1 =90℃
熱水出口溫度(給出) T2 =70℃
空氣設(shè)計(jì)溫度(取濟(jì)南市夏季平均每年不保證五天的日平均氣溫)t1 =33.8℃
估算空氣出口溫度t2=50℃水流量M水=0.60kg/s
2、流體的物性參數(shù)
水的定性溫度Tm1=(T1+T2)/2=(90+70)/2=80℃
水的比熱(查物性表) c1= 4.195 kJ/(kg﹒℃)
水的密度(查物性表) ρ1= 971.8kg/m3
水的導(dǎo)熱系數(shù)(查物性表) λ1=0.675 W/(m﹒℃)
水的粘度μ1=356.5×10-6kg/(m*s)
水的普蘭德數(shù)Pr1=μ1 c1/λ1=356.5×10-6×4195/0.675=2.22
空氣的定性溫度tm2=(tm1+tm2)/2=41.9℃
空氣的比熱(查物性表) c2=1.03 KJ/(kg·℃)
空氣的密度(查物性表) ρ2=1.12 kg/m3空氣的導(dǎo)熱系數(shù)(查物性表) λ2=2.769×10-2 W/(m﹒℃)
空氣的黏度μ2=19.2×10-6 kg/(m*s
空氣的普蘭德數(shù)Pr2=μ2 c2/λ2=0.699
3、傳熱量及平均溫差
熱損失系數(shù)(取用)ηL=0.98
傳熱量Q1=QηL=50×0.98=49kW
空氣流量M2= Q1/ c2(t2 -t1)=45/1.03×(50-33.8)=2.70kg/s
逆流時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差Δt1m=(Δtmax-Δtmin)/ln(Δtmax/Δtmin)=18.01
參數(shù)P=(T1-T2)/(T1-t1)=(90-70)/(90-33.8)=0.302
參數(shù)R=(t2-t1)/( T1- T2)=(50-33.8)/(90-70)=0.81
溫差修正系數(shù)(由兩種流體中只有一種流體有橫向混合的錯(cuò)流式熱交換器公式計(jì)算)ψ=0.978
有效平均溫差Δtm=ψΔt1m=0.978×18.01=17.61℃
4、估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)
水流速(初步估計(jì))w1=0.5m/s
空氣流速(初選) w2=1 m/s
管子材料及規(guī)格: 選用碳鋼無縫鋼管φ19×2
鋼管導(dǎo)熱系數(shù)k=46.52W/(m*℃)
選定壁溫T=(80+41.9)/2=61℃
查物性表得在此溫度下的水的粘度μ1′=463.5×10-6kg/(m*s)
水側(cè)換熱系數(shù)h1求解：
Re=ρ1w1d/μ1=971.8×0.5×0.019/0.0003565=25896.5
Nu=0.027Re0.8Pr0.3(μ1′/μT)0.14
=0.027×25896.50.8×2.220.3×(463.5/356.5)0.14=151.3
h1=Nuλ1/d=151.3×0.675/0.019=5375.1 W/(m2﹒℃)
空氣側(cè)換熱系數(shù)h2求解：
h2=412 w20.718=412×10.718=412 W/(m2﹒℃)
傳熱系數(shù)1/K=1/h1+δ/k+1/h2 解得 K=376.5W/(m2﹒℃)
估算傳熱面積F= Q1/KΔtm=49000/(376.5×17.61)=7.4m2
管程所需流通截面積At=M1/ρ1 w1 =0.6/(971.8×0.5)=0.00123 m2
按單程計(jì)算每程管數(shù)n=4At/πd2=4×0.00123/(3.14×0.0192)=4.34 取n=5
每根管長(zhǎng)L=F/nZtπd=7.4/5×4π×0.019=6.2m 取L=6m
取傳熱管長(zhǎng)l=3m，則管程數(shù)為Np=L/l=6/3=2
傳熱管總根數(shù)N=5×2=10(根)
管子排列方式選等邊三角形
由以上參數(shù)的詳細(xì)計(jì)算，可以準(zhǔn)確得出所設(shè)計(jì)空冷器設(shè)備在運(yùn)行中最貼近實(shí)際情況的風(fēng)量和換熱效率，空冷器的工作原理。
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