【www.myl5520.com--数学教案】
翻译
篇一:pche换热器
蒸气在变壁温竖直细圆管内的
流动凝结换热特性*
杜小泽 王补宣
(清华大学热能工程系, 北京 100084)
摘要针对细小直径圆管的特点, 对经典的Nusselt 分析进行修正, 考虑凝结液膜弯曲引起的表面张力以及气液界面蒸气剪切力影响, 建立变壁温条件下竖直细管内流动凝结换热的数学模型, 从理论上探讨小管径下, 沿程管壁温度和重力等作用因素对流动凝结影响程度发生的变化. 实验检验证实分析模型的结果是可靠的.
关键词 细圆管 流动凝结 换热特性
Nusselt[1]的分析方法一直作为对凝结换热进行理论分析的基础得到广泛应用. 根据特定的换热条件, 对传统的Nusselt 分析进行的每一次修正都放宽了Nusselt 理论原假设的限制条件[2~4]. 结合实验研究, 理论分析及其关联式已经基本可以满足传统工业领域的要求[5,6].
进入20 世纪80 年代以后, 随着工程技术的进步, 又不断出现了凝结换热现象一些新的情况. 例如, 在一些应用领域, 换热空间小, 热流密度高, 要求换热设备的紧凑化和小型化以至微型化, 以适应诸如家用电器汽车空调以及化工单元操作能源利用的废热回收等领域的发展需要. 而微型机械系统(micro mechanical system, MMS) 与微电子机械系统(microelectro- mechanical system, MEMS)的应用更对冷却设备的体积提出了新的要求, 换热空间已远远小于常规尺度. 紧凑换热器因此得到迅速发展, 利用印刷回路技术生产的通道当量直径在0.5~ 2 mm 的换热器(printed circuit heat exchanger, PCHE)已进入商用阶段[7 9]. 上述应用条件下, 冷凝管的管径已小于Nusselt 理论分析适用的尺度范围, Nusselt 理论中一些基本假设的合理性受到挑战, 重力支配的液膜流动与传热的现有分析方法需要重新探讨[10,11]. 另一方面, 小尺度化的相变换热过程和微尺度条件下的传热传质过程毕竟有所不同, 仍具有宏观性质的换热特征.
本文从理论上对变壁温条件下竖直细管内的流动凝结换热特性进行探讨, 为推动相关技术的发展提供依据.
1 物理数学模型
物理模型如图1 所示. 处于饱和温度Ts 的蒸气以速度uv0 进入内半径为R 的竖直圆管内,被管外的环形套管内逆流流动的过冷冷却水冷凝, 在管壁上形成厚度为dl 的层流液膜. 当管径减小到一定程度时, 在相当大的蒸气干度区内, 凝结液膜的厚度和管径相比不能再被忽略, 液膜的弯曲变得显著, 气液界面的表面张力 会对凝结过程产生可见的影响, 各作用因素对凝结过程的影响程度也将相应地发生变化.这种套管式冷凝管内的凝结换热过程, 既不是管壁等热流, 也不能看作等壁温的边界条件. 针对这些特点, 本文在物理数学模型中考虑气液界面曲率的变化, 引入表面张力对流动凝结过程的影响, 并考虑凝结管管壁温度的沿程变化. 采取的基本假设为:
(1) 管内流型维持环状流, 蒸气处于流动核心, 液面无波动.
(2) 无不凝性气体的影响.
(3) 液膜运动方程中的惯性项及能量方程中的对流项可被忽略不计.
(4) 在流动凝结过程中, 由于存在着压力损失, 真实的饱和温度Ts(p)势必沿途有所下降, 使蒸气由饱和变为过饱和, 相应温度为Tv, 相变界面不仅有凝结潜热释放, 还将出现显热, 气相和相变界面的物性也会沿途发生变化, 但可忽略由于压力梯度和温度梯度引起的液相物性的变化.
(5) 凝结液处于层流区, 蒸气可以是层流或者湍流流动.
1.1 控制方程组
控制方程组由凝结液区的动量和能量守恒方程蒸气区的动量守恒方程以及质量守恒方程组成:
(1)
边界条件:
. (3)
其中, Ts 为当地蒸气压力下的饱和温度.
如果蒸气的温度均匀一致, 通过下式可以求得蒸气的速度分布:
边界条件:
式中, ml 与mv 分别为凝结液和蒸气的粘度系数; kl 为凝结液的导热系数; hlv 为蒸气凝结的潜热; m?z1 , m?zv和m?v0分别为流程z 处的凝结液蒸气以及总的质量流量; uv,d为气液界面上蒸气流速.为使控制方程组封闭, 需要求出流程方向凝结液的压力梯度. 如果忽略惯性的影响, 则蒸气压力梯度包括重力压力降和气液界面剪切力产生摩擦压力降, 亦即蒸气动量守恒方程式
(4)中压力梯度的两部分各为对于小直径圆管, 由于凝结液膜弯曲的影响变得明显, 根据熟知的Yang-Laplace 方程, 气液界面上的表面张力将产生毛细压力:
由此在凝结液膜区产生附加的毛细压力梯度, 以体现表面张力的影响, 或
其中气液界面上剪切力的求法可参考文献[12].
1.2 冷凝管的管壁温度
由于模拟的是逆流套管式换热器中的流动凝结过程, 凝结管管壁温度是沿程变化的.冷热流体的温度变化如图2 所示.在轴向位置z 处, 蒸气与冷却水之间的传热热阻为
l
其中, kw 为凝结管壁导热系数, do 和Di 分别为凝结管
外直径和套管内直径.在微元dz 上, 蒸气与冷却水之间的换热量为pche换热器。
这部分热量被冷却水以显热的形式带走, 即dQcool ??mc?oolcpcooldTcool,z .
(13)
联立(12)和(13)式, 并考虑到蒸气温度为进口处的饱和温度Ts, 可被看作已知常量, 得到
对(14)式积分, 并给定冷却水出口处(z = 0)的温度Tout,
可得
图2 流体温度变化示意图
整理后, 得到不同轴向位置z 处冷却水的温度为
最后求得凝结管内壁的温度分布如下:
1.3 无量纲化
引入下列无量纲参量:
相应于
作为重力场中影响浮升/沉降运动的度量因素;
为毛细力数;
?
??
?其中
?
由凝结液区的动量守恒方程得到液膜内无量纲速度场的表达式:
无量纲蒸气速度分布式为
无量纲凝液质量流量为
热力学作业题答案
篇二:pche换热器
第二章
2-1.使用下述方法计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol
查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程
P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa
(2) R-K方程
R2Tc2.5
a?0.427?
Pc
b?0.08664
2.5
8.314?190.260.4?6
4.6?10
6
Pa3.?2m22?K0.?5mol?
2
RTc8.314?190.6?53?1
?0.08664?2.985?10m?mol6
Pc4.6?10
∴P?
RTa
?0.5
V?bTVV?b8.314?323.153.222
?
12.46?2.985?10?5323.150.5?12.46?10?512.46?2.985?10?5
?
=19.04MPa (3) 普遍化关系式
Tr?TTc?323.519?0.6
?Z0??Z1
6 V1.9r5?Vc?99?1.259＜2
∴利用普压法计算，Z∵ ∴
ZRT
?PcPr VPVZ?cPr
RTP?
6?5
PV4.6?10?12.46?10Z?cPr?Pr?0.2133Pr
RT8.314?323.15
迭代：令Z0=1→Pr0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623
Z?Z0??Z1=0.8938+0.008×0.4623=0.8975
此时，P=PcPr=4.6×4.687=21.56MPa
同理，取Z1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z值相差很小，迭代结束，得Z和P的值。
∴ P=19.22MPa
2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NH3压缩到0.142 m3，若压缩后温度448.6K，则其压力为若干？分别用下述方法计算：（1）Vander Waals方程；（2）Redlich-Kwang方程；（3）Peng-Robinson
方程；（4）普遍化关系式。
解：查附录二得NH3的临界参数：Tc=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol ω=0.250 (1) 求取气体的摩尔体积
对于状态Ⅰ：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m3
Tr?Tc?405.6?1.176 Pr?PPc??0.18—普维法
∴B
?0.083?
0.4220.422
?0.083???0.2426 1.61.6
Tr1.1760.1720.172
?0.139??0.05194 Tr4.21.1764.2
B1?0.139?
BPc
?B0??B1??0.2426?0.25?0.05194??0.2296 RTcZ?1?
BPPVBPP
??1?crRTRTRTcTr
→V=1.885×10-3m3/mol
∴n=2.83m3/1.885×10-3m3/mol=1501mol
对于状态Ⅱ：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.458×10-5m3/mol T=448.6K (2) Vander Waals方程
27R2Tc227?8.3142?405.626?2
a???0.4253Pa?m?mol6
64Pc64?11.28?10
b?
RTc8.314?405.6?53?1
??3.737?10m?mol6
8Pc8?11.28?10
RTa8.314?448.60.4253
?2???17.65MPa 2?5?5V?bV9.458?3.737?10?3.737?10?
P?
(3) Redlich-Kwang方程
R2Tc2.58.3142?405.62.5
a?0.42748?0.42748?8.679Pa?m6?K0.5?mol?2 6
Pc11.28?10
b?0.08664
P?
RTc8.314?405.6?0.08664?2.59?10?5m3?mol?1 6Pc11.28?10
RTa8.314?448.68.679?0.5???18.34MPa ?50.5?5?5
V?bTVV?b9.458?2.59?10448.6?9.458?109.458?2.59?10
(4) Peng-Robinson方程 ∵Tr∴k
?Tc?448.6405.6?1.106
?0.3746?1.54226??0.26992?2?0.3746?1.54226?0.25?0.26992?0.252?0.7433
0.5
???1?0.7433??1?1.1060.5???0.9247 ??T???1?k1?T??r????
22
R2Tc28.3142?405.62
a?T??ac??T??0.45724??T??0.45724??0.9247?0.4262Pa?m6?mol?2 6
Pc11.28?10
b?0.07780
RTc8.314?405.6?53?1
?0.07780??2.326?10m?mol6
Pc11.28?10
∴P?
a?T?RT
?
V?bVV?b?bV?b8.314?448.60.4262
?
9.458?2.326?10?59.458?9.458?2.326?10?10?2.326?9.458?2.326?10?10
?
?19.00MPa
Vr?Vc?9.458?10?57.25?10?5?1.305＜2 适用普压法，迭代进行计算，方法同1-1（3）
(5) 普遍化关系式 ∵
2-7：答案： 3cm
第三章
3-3. 试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、CV、Cp和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：
（1）在0.1013 MPa时氮的Cp与温度的关系为Cp（2）假定在0℃及0.1013 MPa时氮的焓为零；
（3）在298K及0.1013 MPa时氮的熵为191.76J/(mol·K)。 答案：8272KJ/Kmol, 14703 KJ/Kmol, 181.4 J/Kmol/K 22.13 KJ/Kmol/K, 30.45 J/Kmol/K, -125507 KJ/Kmol
3-8. 试估算纯苯由0.1013 MPa、80℃的饱和液体变为1.013 MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的?V、?H和?S。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733 J/mol；饱和液体在正常沸点下的体积为95.7 cm3/mol；定压摩尔热容Cp
ig
?27.22?0.004187TJ/?mol?K?；
?16.036?0.2357TJ/?mol?K?；第二维里系数B=-78?1?103?
?
?T
。 3
?cm/mol?
2.4
解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.271 2.求ΔV 由两项维里方程
2.4?PVBPP??1?3
Z2??1??1???78??10??
RTRTRT??T????
2.4
??1.013?106?13??1??78?10?????0.8597 6
8.314?10?453??453????
ZRT0.8597?8.314?453
??3196 .16cm3molP1.013
?V?V1?V2V2?
3
mol?V?V2?V1?3196.16?95.7?3100.5cm
?H??HV?(-H)??H??H?H2
?S??SV?(?S1)??S??S?S2
R
R
1idPidT
??
R
R
idPidT
??
3.计算每一过程焓变和熵变
（1）饱和液体（恒T、P汽化）→饱和蒸汽 ΔHV=30733KJ/Kmol
ΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol·K （2）饱和蒸汽（353K、0.1013MPa）→理想气体 ∵ T 353
Tr?
TC
?
562.1
?0.628
Pr?
P0.1013
??0.0207PC4.894
点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。 由式（3-61）、（3-62）计算 ∴
??dB0B0??dB1B1??H1R
?-PrTr??????????RTcdTTdTr??rTr????r
=-0.0807
?-0.0207?0.628????2.2626?1.2824??0.271?8.1124?1.7112???
H1R??0.0807?8.314?562.1
?-377.13KJKmol?dB0S1RdB1??-Pr???RdTdTr??r?
∴
?-0.0207?2.2626?0.271?8.1124?
?-0.09234
S1R?-0.09234?8.314?0.7677KJKmol?K
id
?H??CPdT
T1
id
P
T2
（3）理想气体（353K、0.1013MPa）→理想气体（453K、1.013MPa）
??
453
353
?16.036?0.235T?dT
0.2357
4532?3532??2
?16.036?453?353???11102.31KJKmol
T2
?S????
453
id
T1
id
CPP?Rln2TP1
1.013?16.036??0.2357dT?8.314ln??3530.1013 ?T?453
?16.036ln?0.2357?453?353??19.1
353
?8.47KJKmol?K
（4）理想气体（453K、1.013MPa）→真实气体（453K、1.013MPa）
Tr?
453
?0.806562.1
Pr?
1.013
?0.20704.894
点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。 由式（3-61）、（3-62）计算 ∴
??dB0B0??dB1B1??HR
?-TrPr??????????RTcdTTdTr??rTr????r
?-0.806?0.2070??1.1826?0.5129?0.271?2.2161?0.2863???
?-0.3961
?dB0SRdB1?
?-Pr????RdTdTr??r
?-0.2070?1.1826?0.271?2.2161?
?-0.3691
R
S2?3.0687KJKmol?K
R
H2?1850.73KJKmol4.求 ?H,?S
R
?H??HV?(?H1)??H??H?H2
idid
?S??SV?(?S1)??SP??ST
R
id
PidT
???40361.7KJKmol??S?
R
R
2
PC ZY-1000翅片式换热器检验标准--purecold
篇三:pche换热器
1
目的
本标准规定了氟利昂制冷装置用翅片式换热器，其中包括翅片式蒸发器(简称蒸发器)和翅片式冷凝器(简称冷凝器)技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装及贮存。其适用于翅片式换热器适用于以R22、R134a、R404A、R407F、R410A、R290、R1270、R744为工质的制冷与空调装置。 2 整体要求 2.1 一般要求
翅片式换热器应符合本标准的规定，并按经规定程序批准的图样和技术文件制造，如果本标准与图样发生冲突，以图样为准。 2.2 加工要求
2.2.1 换热管为套片胀管时，翅片冲孔为“L"形或“L”形延伸翻边，翻边处不应破裂。 2.2.2 端板应平整不应翘裂、歪斜。 2.2.3 翅片间的片距应均匀。pche换热器。
2.2.4 翅片和管子接触应紧固，机械胀管后内壁应无划痕。 2.2.5 翅片式换热器所用的黑色金属制件，表面应进行防锈蚀处理。 2.3 加工公差要求
2.3.1 弯头的管截面圆度公差不大于公称直径的12%，壁厚减薄量应不超过壁厚的17%。
2.3.2 机械加工件表面尺寸的未注公差应符合GB/T1804规定的m级。非机械加工表面尺寸的未注公差应符合
C级。
2.3.3 翅片式换热器两端板间传热管的有效长度不大于1m时允差±2mm，有效长度大于1m时允差±4mm。 2.3.4 翅片式换热器的迎风面，对角线长不大于1m时，两条对角线差值允差±3mm；对角线长大于1m时，两
条对角线差值允差±6mm。
2.3.5 翅片式换热器迎风翅片面的平直度，迎风翅片面的有效长度/高度不大于1m时允差±3mm，有效长度/
高度大于1m时允差±5mm。
2.3.6 翅片厚度公差为±0.05 2.4 外观
2.4.1 翅片表面不应有腐蚀、裂纹、明显刻痕及擦伤等缺陷，且表面应清洁光亮，无油污及其他残留物。翅片
压弯、碰撞等缺陷在出厂前应矫正。
2.4.2 翅片边缘应平直，不应有毛刺、飞边、裂口。
2.4.3 管子内、外表面应清洁、无锈痕，管子应无凹陷、弯曲、扭曲等明显变形，管口应平整、无毛刺。 2.4.4 弯头表面不应有皱折、压痕等缺陷。
2.4.5 翅片式换热器的外表面应清洁干净，对于喷涂件涂层应均匀光滑、色泽一致。 2.4.6 芯体无翘曲变形。 2.5 性能要求 2.5.1 耐压强度
按相应国家标准的规定进行试验，翅片换热器不得产生变形和泄漏。 2.5.2 密封性
密封性试验采用水检漏或卤素检漏或氦检漏仪检漏，并按相应国家标准的规定进行试验，其单点漏率应≤2g/年。
2.5.3 清洁度
与制冷剂接触表面的固体杂质含量应不超过45mg/m； 与制冷剂接触表面的水分含量应不超过45mg/m； 与制冷剂接触表面的含油量应不超过45mg/m。 3 试验方法 3.1 外观检查
外观检查应在正常照度下，按2.4的各项要求，逐项进行目测。 3.2 加工公差检查
加工公差检查应采用具有计量合格的、最小分度值不低于1mm的长度度量量具，按2.3的各项要求，逐项进行测量。
3.3 耐压强度试验（由生产厂家进行，提供报告给采购厂家）
3.3.1 翅片式换热器出口封闭，另一端充入气体，但气体压力应缓慢上升，达到不低于1.15倍设计压力，保压10min，降到设计压力后进行检查，应无泄漏和异常变形。如有泄漏，修补后再按上述规定重新试验。 3.3.2 耐压强度试验时，应有可靠的安全措施。
3.3.3 耐压强度试验应用两个量程相同的并经过校正的压力表。压力表的量程应为试验压力的1.5～2倍，压力表刻度盘直径应不小于100mm，压力表精度应不低于1.5级。 3.3.4 耐压强度试验后应清除管内残余水汽，并经干燥处理。
3.3.5 每台翅片式换热器制造完工后应充以正压干燥氮气或经专门处理的干燥空气(指露点为低于-30℃)。其最大压力不超过0.1MPa，并立即封口。
3.3.6 试验方法和试验安全注意事项见JB/T 4750。 3.4 密封性试验（由生产厂家进行，提供报告给采购厂家） 3.4.1 水检漏
换热器管内充入干燥的洁净空气或干燥氮气至设计压力，将其浸入水中3～5min后，查看换热器，不允许有气泡产生。 3.4.2 卤素检漏
将换热器连接卤素检漏仪及辅助真空泵，抽真空至卤素检漏要求真空度后，关闭辅助真空泵，然后充入制冷剂，对翅片换热器可能泄漏处（焊点，密封件等）用卤素检漏仪检测。 3.4.3 氦检漏仪检漏
换热器放入氦检设备的真空箱内，并连接氦检仪接口，对真空箱抽真空达要求真空度，将换热器进行抽真空达要求真空度，然后充入氦气，对整体换热器进行检漏，氦检漏后进行氦气回收。
2
2
2
3.5 清洁度检查（由生产厂家进行，提供报告给采购厂家）
翅片式换热器与制冷剂接触侧的残留杂质按JB/T 9058规定的试验方法进行测试。 翅片式换热器与制冷剂接触侧的残留水分按JB/T 10079附录A规定的试验方法进行测试。 翅片式换热器与制冷剂接触侧的含油量按JB/T 16488规定的试验方法进行测试。 4 检验规则
一般要求：翅片式换热器应由制造厂的技术检验部门按相应国家标准和技术文件进行检验，合格后方准出厂。 5 标志、包装和贮存 5.1 标志
5.1.1 每台翅片式换热器应在明显部位上固定标牌，标牌应符合GB/T 13306的规定。标牌上应标示下列内容： a）型号、名称和出厂编号； b）设计压力、试验压力； c）使用制冷剂； d）换热面积； e）制造厂厂名及商标； f）重量； g）制造日期。 5.2 包装
5.2.1 翅片式换热器应罩有塑料薄膜层，包装层应有适当刚性。翅片式换热器应适当固定，以防碰撞，损坏翅片。
5.2.2 翅片式换热器内腔应充入压力不高于0.1MPa的氮气，并封严管口。 5.2.3 翅片式换热器出厂时，应随带下列技术文件： a）产品合格证； b）产品说明书； c）装箱单。 5.3 贮存
翅片式换热器应贮存在无腐蚀性气体、通风良好、干燥的库房中。 6 入厂检验记录
6.1 外观：产品的翘曲、变形、油污、损伤、磕碰等。 6.2. 图样要求的尺寸。 6.3 图样的密封要求。
6.4 产品随机单，包括：所使用的换热铜管的探伤报告，产品的检验报告，合格证以及5.1.1中规定的标牌等。
7 检验表格pche换热器。
列管式固定管板换热器设计
篇四:pche换热器
目 录
第1章 工艺概述 ............................................... 1
1.1装置概况.................................................... 1
1.2工艺原理（催化裂化）........................................ 1
1.3工艺流程说明（吸收稳定部分）................................ 2
第2章 工艺设计 ............................................... 3
2.1设计概述.................................................... 3
2.2设计课题.................................................... 3
2.3设计参数的确定.............................................. 4
2.4初算换热器的传热面积S0 ..................................... 4
2.4.1 换热器的热流量（忽略热损失）................................................. 4
2.4.2 水蒸气的消耗量（忽略热损失）................................................. 4
2.4.3平均传热温差.................................................................................. 5
2.4.4计算传热面积.................................................................................. 5
2.5主要工艺及结构基本参数的计算................................ 5
2.5.1换热管选择...................................................................................... 5
2.5.2计算壳体内直径Di ........................................................................ 6
2.5.3画出排管图...................................................................................... 6
2.5.4计算实际传热面积S0及过程的总传热系数K0(选) ..................... 7
2.5.5折流板直径Dc数量及有关尺寸的确定........................................ 7
2.5.6拉杆的直径和数量与定居管的选定.............................................. 7
2.6换热器核算.................................................. 7
2.6.1换热器内流体的压力降.................................................................. 7
2.6.2热流量核算...................................................................................... 8
第3章 结构设计 .............................................. 10
3.1折流挡板................................................... 10
3.2 法兰 ...................................................... 10
3.3换热管..................................................... 11
3.4支座....................................................... 11
3.5压力容器选材原则........................................... 11
3.6垫片....................................................... 12
第4章 强度计算 .............................................. 13
4.1筒体壁厚计算............................................... 13
4.2流体进、出口接管直径....................................... 13
4.3其他结构尺寸............................................... 14