换热器广泛应用于石油、化工、电力及能源等工业领域。本文以低温领域应用较广的翅片管换热器为研究对象,对低温换热器的设计计算进行研究。通过设计星型翅片管气化器以及实验验证得出了新的设计方案。 首先对翅片的稳态导热和非稳态导热进行了简要分析,归纳了相应的计算式。再对管内对流换热进行了深入分析,把低温流体在翅片管内吸热气化的过程分为单相液体对流换热、气液两相对流换热、缺液区换热及单相气体的对流换热四个过程,从而将气化器的设计计算分为四个部分来考虑,这样便于选用适用性强、准确度高的关联式,使气化器的设计更加合理准确。 对一给定基本设计参数的翅片管气化器进行了设计,设计的目标是计算翅片管的长度。本文采用分段计算原理,以试算法为基础,选用各段合适的准则关联式,完成气化器的稳态传热设计。由于气化器工作时实际上大部分时间都是处于非稳态换热,故将换热过程视为稳态时计算得出的翅片管长度为最大值。然后采用非稳态简化模型进行计算,尽管气化器工作时大部分时间都是处于非稳态换热,但由试验分析得出经过一段不太长的时间后翅片管某固定截面处温度会趋于稳定值,即整个气化器的换热可以认为是稳定的,故用非稳态算法得出的是设计的下限值。 由于稳态传热更符合气化器的实际工作情况,则以稳态计算结果为依据,参考非稳态计算结果对设计值作出减小35%的修正,完成气化器的设计。最后通过试验证明该设计方法切实可行。设计的气化器可以满足工作要求,同时也不使设计值过于保守,节约了材料,减少了投资。 通过实例设计,确定了各段设计都可以将翅片管的导热热阻忽略,同时压降不大时,流体物性变化可以忽略,从而使设计大大简化,为同类换热器的设计提供了参考和依据。