PDF《套管式冷凝器优化分析及应用》

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A H 通讯作者: 严雷, M

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7 * ? % ;

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7 # 万方数据 在以上两个假设条件下, 用传热方程可以计算 出制冷剂与冷却水之间的单位面积热交换量: ! ! #!・! $ ( # ) 其中, ! ! 为热流密度 ($ / ( % ・ &

) ) , #! 为传热系 数($ / ( % ・ &

) ) , ! $ 为对数平均温差 ('

) .考虑 到管内外的污垢热阻, 传热系数可表示为: #! # # ! ! %&

!% # ・ '

'

! % (&

(% # ! ( ) '

'

! ( % ) 式中&

( 和&

! 分别为管内、 外侧污垢热阻, 其值详 见文献 [ ) ] ;

分母中第三项为管壁热阻, 对铜管来说 可忽略不计.! ( 和! ! 为管内、 外侧对流换热系 数. 对与氟里昂侧的对流换热系数, 由于假设为从 饱和蒸汽冷凝到饱和液的完全冷却, 因此可用下式 计算 [ * ] : ! ! ! + ( ! ( * *% % ( ! , $ ! ( - . ) ( - ) 其中$为对比压力, ! + 为假定蒸汽全部凝结为液 体时的对流换热系数, 由下式计算 [ * ] : ) *+ ! ( ! % - ・&

+ + ! ( .・, - + ! ( ) 其中 ) *+ , &

+ + , , - + 分别为液相的努塞尔特数、 雷 诺数及普朗特数. 管内为冷却水的强制对流换热, 其对流换热系 数可用下式计算 [ - ] : ! ( %・. ! ( . '

( ! ( % ( ) ) 式中. 为水流速 ( / / ) , ! (为管内径, % 为物性参 数, 可表示为平均水温$的函数: % #) - !%% % ・ $. 对于图%所示的完全逆流式换热, 对数平均温 差可表示为: &

$ $ %/$ #

0 1 $ 2/$ # $ 2/$ % , ( * ) 其中, $ # 和$ % 分别为冷却水的进、 出口温度. 以上五个方程, 决定了热流密度! ! 与内外管 径0 (和'

!, 管内外侧对流换热系数! (和! ! 及冷 却水进出口温度$ # 和$ % 及冷凝温度$

2 的函数关 系, 即!!

1 (0 ( , '

!, ! ( , ! !, $ #, $ %, $

2 ) (

3 ) 一般情况下, 冷却水进、 出水温度$ # 和$ % 及 冷凝温度$

2 取决于当地水源条件及用户情况, 而!(和! ! 的大小则取决于

0 ( 和'

! 的大小.在0(一定的条件下, '

! 增大则管外换热系数! ! 增大, 而管内换热系数! ( 相应减小, 反之亦然.因此, 式(3)必然存在一个最大值.笔者将式 (

3 ) 作为目标 函数, 用优化分析方法寻求! ! 的最大值. !

4 约束条件 在寻求 (

3 ) 式的最大值过程中, 各变量还要受 到一些条件的约束, 主要有: # ) '

!!0 ( ;

% )0 ( (

1 0 (

0 (

5 6 , 这主要是考虑到一方 面受目前生产的钢管规格所限;

另一方面, 如管径

0 ( 太小, 则整个管子很长, 如管径

0 ( 太大, 则会加 大结构尺寸;

- ) ( $ %7 $ # ) #! $ (

1 , 即冷却水的进出水温差不 宜过小, 否则冷却水量太大, 将使运行费用大大增 加.! $ (

1 的数值根据文献 [ - ] 的规定选取. !

4 # 优化分析方法 所用优化分析方法选用可变误差多面体算 法[*],求解式 (

3 ) 在不同套管直径

0 ( 下的极大值. 该方法稳定性好, 准备时间短, 使用非常方便, 且已 有标准程序出版, 此处不详细说明, 可参阅文献 [

3 ] . 算例及结果讨论 用上述计算方法, 对某套管式冷凝器进行优化 分析, 设计参数如下. 表# 设计参数 设计参数 要求 冷凝温度 $

2 8 ) !'

蒸发温度 $ !8 *'

制冷量 2!8 # #

4 32 $ 冷却水进水温度 $ #8 % .'

冷却水出水温度 $ #8 - )'