传热与压力换热装备的耦合预设

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　　假设条件(1)换热部件为矩形流通截面错排管束;(2)燃气从管外横掠管束流动，冷却水从管内流动;(3)忽略近壁换热管与侧壁之间缝隙大小对流动和换热的影响;(4)燃气雷诺数在103～2×105之间;(5)管间间距比ab2;(6)纵向管排数大于或等于16.基于传热的设计分析根据传热方程式，换热面积为：FQ=QKΔtM=mCp(Ti-To)KΔtM(8)式中对于列管式气-水换热器而言，水侧表面传热系数远远高于气侧表面传热系数，金属的导热系数又很高，因此，Δ很小，一般在3%左右。
　　用常温水冷却发动机排出的高温燃气，其结构形式。燃气横掠管外流动，冷却水沿管内流动。燃气质量流量mg=298kg/s，燃气进口温度Ti=1600℃，燃气出口温度To=650℃;冷却水进口温度ti=34℃，出口温度to=50℃;入口燃气压力pg=61kPa，要求管束压力损失3%;横向相对管间距τa=2.10，纵向相对管间距τb=1.28，换热管直径d=0.038m.SG和Zb确定后，可根据已知条件和换热器几何尺寸关系计算出换热器的其它全部结构尺寸。该冷却器的实际尺寸为：换热芯高度(换热管有效长度)L=7.0m，换热芯宽度B=9.0m，横向管排数Za=110，纵向管排数Zb=22.因此，燃气流通面积SG=33.74m2，与耦合计算结果非常一致。
　　从曲线图可以直观看出，满足设计要求的换热器流通面积为FΔp和FQ曲线的交点。并且，随着τa的减小，需要的流通面积、换热面积和纵向管排数均减小。结束语进行设计计算时，可通过取安全系数的办法(如，将Δp减小10%，留出一定的富余量进行求解。实际设计计算时，可根据换热器总体结构尺寸对燃气流通面积SG和横向相对管间距τa进行适当调整，在允许范围内，τa宜选取较小值。本文的耦合设计尽管是在一定的前提下完成的，但是对于其它任何换热器、任何流动状态和任何流体，都能找到类似的耦合求解方法，所不同的只是公式的形式、γ因子和χ因子的具体内容，因此本方法具有普遍适用性，可供其它换热器设计时使用和参考。