关于翅片管和热管的换热热阻、换热公式、传热系数、翅片效率，我们已经在本公号上讲过不少，今天我们就以具体翅片管的设计，来看一看翅片管换热器的工艺设计步骤。

　　设计的出发点和依据就是传热公式，在以传热面积作为设计目标时，传热公式可写为：

　　式中，

　　Q：传热量（热负荷） kw或w

　　K：传热系数，w / (㎡·℃)

　　△ T：传热温差，℃

　　我们以某工厂的翅片管换热器为例来看一看它的设计步骤。步骤如下：

　　步骤一

　　梳理用户给出的条件和要求，计算热负荷：

　　步骤二

　　选定换热器的迎风面质量流速υm kg/㎡s

　　迎风面积：指气体（烟气或空气）进入管束之前的流通面积；

　　迎风面质量流速：是指单位迎风面积上，单位时间（s）所流过的气体质量（kg）；迎风面质量流。

　　1、质量流速的选取

　　如果对气体侧的阻力降没有特殊要求，建议选择默认值υm=3 kg/（㎡s）；如果气体侧的允许阻力降很低时，建议υm在1~2 kg/（㎡s）之间进行选择；如果担心积灰比较严重，希望使气流本身具有一定的自吹灰能力，建议 υm选4 kg/（㎡s）。

　　[附加说明：在翅片管*窄流通截面处的风速大约为迎风面上的2倍，当烟气的当地风速在8~10 m/s时，就具备了一定的自吹灰能力]

　　2、选定气体的迎风面质量流速以后，所需的迎风面积就可简单地计算出来了：

　　特别提示：若给出的是气体的体积流量V(m3/h) , 应将其换算成质量流量； G (kg/s) = V (m3/h) ×ρ (kg/ m3)/3600

　　式中，ρ为气体的密度，按体积流量对应的温度值查物性表。

　　3、确定迎风面的形状

　　一般设定为矩形，L1 × L2 = F 迎风面。L1 , L2为矩形的两个边，L1 ，L2的选择要考虑气体流动的均匀性，也要考虑翅片管怎么放置比较合适。是沿长边放置还是沿短边放置等等。

　　步骤三

　　选定翅片管尺寸规格及在迎风面上的管间距及管子根数和长度。根据某工厂生产的高频焊翅片管的应用条件和应用经验，推荐翅片管规格的默认值：

　　设计者可以改变上述默认值，考虑的因素为：

　　（1）若设备热负荷较大，为了减少翅片管根数，可以选用较大直径的翅片管，如:CPG(Φ51×3.5/90/8/1)，Pt=108mm

　　（2）对于空气冷却器，为了增大管内流体的流速和换热，经常习惯选用较小直径的翅片管，例如： CPG(Φ25×2.5/50/5/1) ，Pt=60mm

　　（3）根据积灰的可能性及严重程度，选定不同的翅片间距。

　　2、 确定迎风面上的翅片管根数和长度

　　迎风面上有两个边长尺寸L1, L2可供选择，若L1> L2，一般选L1作为翅片管的长度，则翅片管在迎风面上可以摆放的根数N1由L2决定，即N1= L2 / Pt ,取圆整值。这样，迎风面上的翅片管布置就可画出来了。如下图：

　　3、计算迎风面上的基管传热面积A1A1=πDo×L1×N1步骤4

　　计算翅片管的换热系数和传热系数。

　　1、由气体侧的平均温度查取相应物理值。

　　如在省煤器中，烟气侧的平均温度

　　Tg=（1/2）× ( T1＇+ Tl" ） ℃

　　依此查取烟气物性表中的下列物理量：

　　2、计算翅片外表面为基准的换热系数。

　　计算式：h ( w/㎡·℃ ）

　　也可以由估算表中找到相近的 h 值。见下述第4点中的表格。

　　3、计算翅片管的翅化比β和翅片效率η。

　　这也可由表中推荐的估算值找到合适的数值。

　　4、计算以基管外表而为基准的换热系数。

　　Ho=h×β×η

　　也可以由估算表中找到相近的数值。

　　5、确定翅片管换热器的传热系数 K ，有两个方法可供选择：

　　( 1 ）对专业人士:，可以查找相应的计算式，计算传热过程的每项部分热阻，*后计算总传热热阻，并确定传热系数；

　　( 2 ）对非专业人士，可以按步骤五第4点的表格，并按照翅片管结构和选用的迎面风速，选择相应的或相近的传热系数估算值。

　　步骤5

　　计算翅片管换热器的传热平均温差 △ T 。我们需按照翅片管/热管计算式，近似地按逆流温差计算。具体请查阅往期内容：

　　【HETA】翅片管换热器的传热温差

　　步骤6

　　计算翅片管换热器所需总传热面积 A

　　注 1 ：此总传热而积是以基管外表面积为基准的总传热面积。即 A 所指的是基管外表面积的总和。

　　注 2 ：选取安全系数=1.1一1.2 ，则实际应取的传热面积为上述计算值的（1.1一1.2)倍，即 A = A 计算值 x(1.1一1.2)

　　安全系数的选取考虑：

　　因各步骤计算不够**，会造成一定的计算误差，为了安全起见，要选用大于 1 的安全系数；

　　因为积灰，结垢等因素会造成实际传热系数的下降，而这些因素又很难**计算，故选取一定的安全系数来保证设计的安全性。

　　步骤7

　　计算翅片管换热器的管子根数，纵向管排数，并*终确定换热器的纵向（即气体流动方向）尺寸及相应参数：

　　1、单支管的传热面积：πDo×L1, Ll 中要考虑一定的工艺段长度

　　2、翅片管总根数：

　　3、纵向排管数N2：

　　4、选定总线管间距PL，在等边三角形排列时：

　　步骤8

　　画出主要元件图 ：

　　步骤9

　　计算翅片侧气体的流动阻力 △P

　　可按相关计算式及阻力估算表来选取，表格如下：

　　根据简化后的传热系数 K 的计算式：K=ho×f；

　　翅片管管外换热系数的换算式：ho=h×β×η 。

　　然后确定： △ P 计算值＜ △P 要求值

　　若出现 △ P 计算值不能满足设计要求的情况，需修改初始相关参数，重复上述各步骤的计算。

　　步骤10

　　计算翅片管换热器的总重

　　1、计算翅片管元件的单重和总重

　　2、计算管箱及其他结构件的重量，一般取翅片管元件总重30%—40%

　　3、汽包，支撑和保温需单独计重

　　推荐阅读：

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