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无锡市卓昊热能科技有限公司
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翅片管换热器的换热量计算方法
翅片管换热器的换热量计算方法
翅片管换热器换热量计算方法
（基于ASHRAE及GB/T标准）
翅片管换热器的换热量计算需综合传热温差、翅片效率、流体物性参数等关键因素，主流方法包括对数平均温差法（LMTD）和效能-传热单元数法（ε-NTU）。以下是具体计算流程与公式：
一、核心计算公式
换热量基本方程：
Q=U⋅A⋅ΔTm- Q：换热量（W）
- U：总传热系数（W/m²·K）
- A：有效传热面积（含翅片）（m²）
- ΔTₘ：对数平均温差（LMTD）（K）
二、分步计算流程
1. 确定对数平均温差（LMTD）
ΔTm=ln(Th,o−Tc,iTh,i−Tc,o)(Th,i−Tc,o)−(Th,o−Tc,i)- Tₕ,ᵢ/Tₕ,ₒ：热流体入口/出口温度（℃）
- T꜀,ᵢ/T꜀,ₒ：冷流体入口/出口温度（℃）
适用条件：逆流或顺流布置，需根据流动方式修正（修正系数Φ查表获取）。
2. 计算总传热系数（U）
U1=hh⋅ηo,h1+Rfoul+λwallδwall+hc⋅ηo,c1- hₕ/h꜀：热/冷流体侧对流换热系数（W/m²·K）
- ηₒ：翅片表面总效率（需计算翅片效率η_f）
- Rᶠᵒᵘˡ：污垢热阻（m²·K/W）
- δ/λ：管壁厚度（m）及导热系数（W/m·K）
翅片效率计算（矩形翅片）：
ηf=m⋅Htanh(m⋅H),m=λf⋅δf2h- H：翅片高度（m）
- δ_f：翅片厚度（m）
- λ_f：翅片材料导热系数（W/m·K）
3. 确定有效传热面积（A）
A=Abase+ηf⋅Afin- A_base：基管表面积（m²）
- A_fin：翅片总表面积（m²）
三、关键参数参考值
| 参数 | 典型范围/公式 | 说明 |
|---|---|---|
| 空气侧h | 30-300 W/m²·K | 强制对流时h∝(流速)^0.8 |
| 水侧h | 500-10,000 W/m²·K | 湍流状态h∝(流速)^0.8 |
| 翅片效率η_f | 铝翅片：60%-95% | 翅片越高/厚，效率越低 |
| 污垢热阻Rᶠᵒᵘˡ | 空气侧：0.0001-0.0004 m²·K/W | 粉尘多时取上限 |
四、计算示例
场景：空气冷却高温油（逆流布置）
-
输入参数：
- 油流量：2 kg/s，入口温度120℃ → 出口80℃
- 空气流量：5 m³/s，入口温度25℃ → 出口45℃
- 翅片管规格：基管直径25mm，翅片高15mm，翅片效率η_f=85%
计算步骤：
- LMTD计算：ΔTₘ = [(120-45)-(80-25)] / ln(75/55) ≈ 64.5℃
- 总传热系数U：假设U=45 W/m²·K（含污垢修正）
- 换热量Q：Q = 45 × A × 64.5 → 需迭代计算满足Q=油侧放热量（2×2000×(120-80)=160 kW）
- 解得传热面积A：A ≈ 55 m²
五、注意事项
- 流动不均匀性：实际需乘以流量分布系数（0.85-0.95）。
- 翅片接触热阻：钎焊/胀接工艺不良会导致η_f下降10%-30%。
- 软件辅助：复杂工况建议使用HTRI/ANSYS Fluent验证。
通过上述方法，可精确计算翅片管换热器的换热量，为工业设计提供可靠依据。
来源：本站 时间：2025-02-26 16:19:51
