循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱器設(shè)備的流動(dòng)阻力計(jì)算及分析

蘇斌+楊佳楠+王強(qiáng)

摘要：換熱器是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言都具有非常重要的意義。文章在分析了流動(dòng)阻力情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算了多種換熱器的水頭損失情況，并著重推導(dǎo)了在循環(huán)水系統(tǒng)中被廣泛使用的板式換熱器的水頭損失模型，本模型具有參數(shù)易得、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；水頭損失；流體力學(xué)；雷諾準(zhǔn)則；歐拉準(zhǔn)則

中圖分類號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0028-03

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，循環(huán)水輸送和冷卻處理過(guò)程中仍會(huì)消耗大量的電能。工業(yè)生產(chǎn)中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是以水作為冷卻介質(zhì)，并可以循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)。其主要由冷卻設(shè)備、水泵和管道組成。隨著工業(yè)化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，系統(tǒng)的電耗和水耗量還在迅速增加。在不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、持續(xù)的改善循環(huán)水系統(tǒng)處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度地降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，成為現(xiàn)如今循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要研究方向。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，一個(gè)起到重要作用的設(shè)備就是換熱器。換熱器能使流體溫度達(dá)到流程所規(guī)定的指標(biāo)，以滿足過(guò)程工藝條件的需要。換熱器是能源轉(zhuǎn)換和利用過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行等都具有非常重要的意義。

板式換熱器是以波紋板作為傳熱面，流體可沿板間狹窄彎曲的通道流動(dòng)，其速度大小和方向不斷改變，形成強(qiáng)烈的湍流，從而有效地強(qiáng)化了傳熱，因此，它比管殼式等其他類型換熱器具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在換熱器傳熱過(guò)程中，一個(gè)重要的方面就是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算。流體在流動(dòng)中只有克服阻力才能前進(jìn)，流速愈高阻力愈大。流動(dòng)阻力的大小直接關(guān)系到輸送流體的泵或風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗，所以對(duì)換熱器必須進(jìn)行流動(dòng)阻力的計(jì)算。

1 模型構(gòu)建

1.1 流動(dòng)阻力的構(gòu)成

在流體中所遇到的流動(dòng)阻力通常為兩種。

（1）摩擦阻力。流體在流道中流動(dòng)時(shí)，流體與固體的壁面相接觸，由于流體的粘性和流體質(zhì)點(diǎn)之間的相互位移而產(chǎn)生摩擦所引起的阻力，稱為摩擦阻力。計(jì)算摩擦阻力的基本形式為：

（1）

式中，其中系數(shù)C及指數(shù)n以具體板片結(jié)構(gòu)而定。

（2）局部阻力。流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于各種局部障礙而引起的流動(dòng)方向改變或流速突然改變所產(chǎn)生的阻力。局部阻力的計(jì)算式為：

（2）

式中：

——局部阻力系數(shù)

1.2 換熱器水頭損失

總水頭損失是由沿程水頭損失及局部水頭損失組成，而局部水頭損失由于換熱器種類不同會(huì)包括回彎水頭損失，進(jìn)、出口連接管處水頭損失等構(gòu)成。

幾種常見(jiàn)換熱器的水頭損失計(jì)算式如下：

（1）管式熱交換器：

（3）

式中：

——總水頭損失

——沿程水頭損失

——回彎水頭損失

——進(jìn)、出口連接管處水頭損失

其中：

（4）

（5）

（6）

式中：

——莫迪圓管摩擦系數(shù)

——圓管直徑，對(duì)非圓形管道，用水力直徑

——管程總長(zhǎng)

——管內(nèi)流體在平均溫度下的密度

——管內(nèi)流體流速

——管內(nèi)流體黏度校正因子

（2）螺旋板式熱交換器：

（7）

（3）純板式熱交換器

（8）

式中：

m——流程數(shù)

ω——工質(zhì)在流道中的流速

（4）翅片管熱交換器

（9）

式中：

Gmax——最小流通界面處質(zhì)量速度

f——摩擦系數(shù)

1.3 板式換熱器的水頭損失

在板式換熱器的計(jì)算方面，導(dǎo)熱情況及流體水頭損失hw是兩項(xiàng)重要參數(shù)，前者在很大程度上影響著設(shè)備的初始投資；后者決定運(yùn)行費(fèi)用的高低。本文基于現(xiàn)有的板式換熱器水頭損失計(jì)算式的基礎(chǔ)上，引入了歐拉準(zhǔn)則、雷諾準(zhǔn)則等流體力學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了更符合實(shí)際工程的算式推導(dǎo)，構(gòu)建了一個(gè)較完善的數(shù)學(xué)模型。

通過(guò)板式換熱器的流體水頭損失的計(jì)算和分析是建立在下面準(zhǔn)則方程的基礎(chǔ)上：

（10）

式中：Eu為歐拉準(zhǔn)則，a，b為實(shí)驗(yàn)確定的準(zhǔn)則系數(shù)，Re為雷諾準(zhǔn)則。

歐拉準(zhǔn)則為一無(wú)因次數(shù)群，被用來(lái)表示壓

力與慣性力的比，歐拉準(zhǔn)則是壓力或壓差對(duì)流速分布影響較大的流動(dòng)中重要的準(zhǔn)則數(shù)，可以用來(lái)反映流體水頭的損失情況。

則對(duì)于多流程的換熱器可以由歐拉準(zhǔn)則推導(dǎo)出如下表達(dá)式：

hw=mEuρω2 （11）

在準(zhǔn)則方程（12）中，Re代表雷諾數(shù)，是由雷諾準(zhǔn)則推導(dǎo)而來(lái)：

（12）

可以將（10）（11）（12）式聯(lián)立可得板式換熱器的水頭損失式：

（13）

而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，流速是不易得到的，根據(jù)流體力學(xué)邊界層理論可知，流速是決定流體流動(dòng)狀態(tài)的主要因素，流態(tài)由層流進(jìn)入紊流后，除少部分換熱量由層流底層的導(dǎo)熱決定，絕大部分的換熱量取決于由流速?zèng)Q定的對(duì)流換熱強(qiáng)度的大小。因此在板式換熱器的流體水頭損失計(jì)算中，流速也起到?jīng)Q定作用。

在板式換熱器應(yīng)用計(jì)算中，如果傳熱量Q（或熱負(fù)荷）及一次水、二次水的溫度確定后，流速v由下式計(jì)算：

（14）

式中：

Cp——流體的定壓比熱

S——板式換熱器總截面積

則將（14）式代入（13）即可得到最終推導(dǎo)式：

（15）

2 應(yīng)用性

當(dāng)把此數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于實(shí)際的幾種國(guó)產(chǎn)板式換熱器時(shí)，根據(jù)模型所需，可以由換熱器手冊(cè)查得相關(guān)參數(shù)，如流程數(shù)m，截面積S。當(dāng)?shù)弥ㄈ肓黧w的情況及工作環(huán)境，可以進(jìn)一步確定a、b、Q等參數(shù)，部分國(guó)產(chǎn)換熱器的相應(yīng)數(shù)值于表1給出，由于全部系數(shù)易得且水頭損失方便計(jì)算，可見(jiàn)本模型具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值?？梢院芎玫貛椭I(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱器設(shè)備，正確選型，節(jié)約資源及成本。

由上表可見(jiàn)（15）式具有很強(qiáng)的適用性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多種換熱器模型的水頭損失的分析，深入推導(dǎo)了板式換熱器的水頭損失情況，并將不易得的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo)成為工業(yè)流程中可以通過(guò)查詢或經(jīng)驗(yàn)公式代入的參數(shù)，有著較強(qiáng)的適用性。利用此式，可以在工程實(shí)踐中繼續(xù)挖掘板式換熱器的潛力，使其的制造和應(yīng)用更加成熟，充分發(fā)揮其高效節(jié)能的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫龍.電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水損失變化規(guī)律及節(jié)水方法研[D].山東大學(xué)，2010.

[2] Robin Pele， Rod M Fujita.Renewable energy from the ocean [J].Marine Policy，2002，（26）：471-479.

[3] 龍德曉.降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)操作費(fèi)用的優(yōu)化研究[D].青島科技大學(xué)，2010.

[4] 楊艷.板式換熱器設(shè)計(jì)選型的一種計(jì)算方法[J].石油煉制與化工，2004，35（5）：54-56.

[5] 文繼卿.板式換熱器的應(yīng)用與選型計(jì)算[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，10（3）：49-52.

[6] 張蕓豫.換熱器綜合性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[D].蘭州理工大學(xué)，2009.

摘要：換熱器是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言都具有非常重要的意義。文章在分析了流動(dòng)阻力情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算了多種換熱器的水頭損失情況，并著重推導(dǎo)了在循環(huán)水系統(tǒng)中被廣泛使用的板式換熱器的水頭損失模型，本模型具有參數(shù)易得、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；水頭損失；流體力學(xué)；雷諾準(zhǔn)則；歐拉準(zhǔn)則

中圖分類號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0028-03

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，循環(huán)水輸送和冷卻處理過(guò)程中仍會(huì)消耗大量的電能。工業(yè)生產(chǎn)中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是以水作為冷卻介質(zhì)，并可以循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)。其主要由冷卻設(shè)備、水泵和管道組成。隨著工業(yè)化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，系統(tǒng)的電耗和水耗量還在迅速增加。在不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、持續(xù)的改善循環(huán)水系統(tǒng)處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度地降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，成為現(xiàn)如今循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要研究方向。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，一個(gè)起到重要作用的設(shè)備就是換熱器。換熱器能使流體溫度達(dá)到流程所規(guī)定的指標(biāo)，以滿足過(guò)程工藝條件的需要。換熱器是能源轉(zhuǎn)換和利用過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行等都具有非常重要的意義。

板式換熱器是以波紋板作為傳熱面，流體可沿板間狹窄彎曲的通道流動(dòng)，其速度大小和方向不斷改變，形成強(qiáng)烈的湍流，從而有效地強(qiáng)化了傳熱，因此，它比管殼式等其他類型換熱器具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在換熱器傳熱過(guò)程中，一個(gè)重要的方面就是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算。流體在流動(dòng)中只有克服阻力才能前進(jìn)，流速愈高阻力愈大。流動(dòng)阻力的大小直接關(guān)系到輸送流體的泵或風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗，所以對(duì)換熱器必須進(jìn)行流動(dòng)阻力的計(jì)算。

1 模型構(gòu)建

1.1 流動(dòng)阻力的構(gòu)成

在流體中所遇到的流動(dòng)阻力通常為兩種。

（1）摩擦阻力。流體在流道中流動(dòng)時(shí)，流體與固體的壁面相接觸，由于流體的粘性和流體質(zhì)點(diǎn)之間的相互位移而產(chǎn)生摩擦所引起的阻力，稱為摩擦阻力。計(jì)算摩擦阻力的基本形式為：

（1）

式中，其中系數(shù)C及指數(shù)n以具體板片結(jié)構(gòu)而定。

（2）局部阻力。流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于各種局部障礙而引起的流動(dòng)方向改變或流速突然改變所產(chǎn)生的阻力。局部阻力的計(jì)算式為：

（2）

式中：

——局部阻力系數(shù)

1.2 換熱器水頭損失

總水頭損失是由沿程水頭損失及局部水頭損失組成，而局部水頭損失由于換熱器種類不同會(huì)包括回彎水頭損失，進(jìn)、出口連接管處水頭損失等構(gòu)成。

幾種常見(jiàn)換熱器的水頭損失計(jì)算式如下：

（1）管式熱交換器：

（3）

式中：

——總水頭損失

——沿程水頭損失

——回彎水頭損失

——進(jìn)、出口連接管處水頭損失

其中：

（4）

（5）

（6）

式中：

——莫迪圓管摩擦系數(shù)

——圓管直徑，對(duì)非圓形管道，用水力直徑

——管程總長(zhǎng)

——管內(nèi)流體在平均溫度下的密度

——管內(nèi)流體流速

——管內(nèi)流體黏度校正因子

（2）螺旋板式熱交換器：

（7）

（3）純板式熱交換器

（8）

式中：

m——流程數(shù)

ω——工質(zhì)在流道中的流速

（4）翅片管熱交換器

（9）

式中：

Gmax——最小流通界面處質(zhì)量速度

f——摩擦系數(shù)

1.3 板式換熱器的水頭損失

在板式換熱器的計(jì)算方面，導(dǎo)熱情況及流體水頭損失hw是兩項(xiàng)重要參數(shù)，前者在很大程度上影響著設(shè)備的初始投資；后者決定運(yùn)行費(fèi)用的高低。本文基于現(xiàn)有的板式換熱器水頭損失計(jì)算式的基礎(chǔ)上，引入了歐拉準(zhǔn)則、雷諾準(zhǔn)則等流體力學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了更符合實(shí)際工程的算式推導(dǎo)，構(gòu)建了一個(gè)較完善的數(shù)學(xué)模型。

通過(guò)板式換熱器的流體水頭損失的計(jì)算和分析是建立在下面準(zhǔn)則方程的基礎(chǔ)上：

（10）

式中：Eu為歐拉準(zhǔn)則，a，b為實(shí)驗(yàn)確定的準(zhǔn)則系數(shù)，Re為雷諾準(zhǔn)則。

歐拉準(zhǔn)則為一無(wú)因次數(shù)群，被用來(lái)表示壓

力與慣性力的比，歐拉準(zhǔn)則是壓力或壓差對(duì)流速分布影響較大的流動(dòng)中重要的準(zhǔn)則數(shù)，可以用來(lái)反映流體水頭的損失情況。

則對(duì)于多流程的換熱器可以由歐拉準(zhǔn)則推導(dǎo)出如下表達(dá)式：

hw=mEuρω2 （11）

在準(zhǔn)則方程（12）中，Re代表雷諾數(shù)，是由雷諾準(zhǔn)則推導(dǎo)而來(lái)：

（12）

可以將（10）（11）（12）式聯(lián)立可得板式換熱器的水頭損失式：

（13）

而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，流速是不易得到的，根據(jù)流體力學(xué)邊界層理論可知，流速是決定流體流動(dòng)狀態(tài)的主要因素，流態(tài)由層流進(jìn)入紊流后，除少部分換熱量由層流底層的導(dǎo)熱決定，絕大部分的換熱量取決于由流速?zèng)Q定的對(duì)流換熱強(qiáng)度的大小。因此在板式換熱器的流體水頭損失計(jì)算中，流速也起到?jīng)Q定作用。

在板式換熱器應(yīng)用計(jì)算中，如果傳熱量Q（或熱負(fù)荷）及一次水、二次水的溫度確定后，流速v由下式計(jì)算：

（14）

式中：

Cp——流體的定壓比熱

S——板式換熱器總截面積

則將（14）式代入（13）即可得到最終推導(dǎo)式：

（15）

2 應(yīng)用性

當(dāng)把此數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于實(shí)際的幾種國(guó)產(chǎn)板式換熱器時(shí)，根據(jù)模型所需，可以由換熱器手冊(cè)查得相關(guān)參數(shù)，如流程數(shù)m，截面積S。當(dāng)?shù)弥ㄈ肓黧w的情況及工作環(huán)境，可以進(jìn)一步確定a、b、Q等參數(shù)，部分國(guó)產(chǎn)換熱器的相應(yīng)數(shù)值于表1給出，由于全部系數(shù)易得且水頭損失方便計(jì)算，可見(jiàn)本模型具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值?？梢院芎玫貛椭I(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱器設(shè)備，正確選型，節(jié)約資源及成本。

由上表可見(jiàn)（15）式具有很強(qiáng)的適用性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多種換熱器模型的水頭損失的分析，深入推導(dǎo)了板式換熱器的水頭損失情況，并將不易得的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo)成為工業(yè)流程中可以通過(guò)查詢或經(jīng)驗(yàn)公式代入的參數(shù)，有著較強(qiáng)的適用性。利用此式，可以在工程實(shí)踐中繼續(xù)挖掘板式換熱器的潛力，使其的制造和應(yīng)用更加成熟，充分發(fā)揮其高效節(jié)能的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫龍.電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水損失變化規(guī)律及節(jié)水方法研[D].山東大學(xué)，2010.

[2] Robin Pele， Rod M Fujita.Renewable energy from the ocean [J].Marine Policy，2002，（26）：471-479.

[3] 龍德曉.降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)操作費(fèi)用的優(yōu)化研究[D].青島科技大學(xué)，2010.

[4] 楊艷.板式換熱器設(shè)計(jì)選型的一種計(jì)算方法[J].石油煉制與化工，2004，35（5）：54-56.

[5] 文繼卿.板式換熱器的應(yīng)用與選型計(jì)算[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，10（3）：49-52.

[6] 張蕓豫.換熱器綜合性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[D].蘭州理工大學(xué)，2009.

摘要：換熱器是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言都具有非常重要的意義。文章在分析了流動(dòng)阻力情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算了多種換熱器的水頭損失情況，并著重推導(dǎo)了在循環(huán)水系統(tǒng)中被廣泛使用的板式換熱器的水頭損失模型，本模型具有參數(shù)易得、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；水頭損失；流體力學(xué)；雷諾準(zhǔn)則；歐拉準(zhǔn)則

中圖分類號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0028-03

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，循環(huán)水輸送和冷卻處理過(guò)程中仍會(huì)消耗大量的電能。工業(yè)生產(chǎn)中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是以水作為冷卻介質(zhì)，并可以循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)。其主要由冷卻設(shè)備、水泵和管道組成。隨著工業(yè)化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，系統(tǒng)的電耗和水耗量還在迅速增加。在不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、持續(xù)的改善循環(huán)水系統(tǒng)處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度地降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，成為現(xiàn)如今循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要研究方向。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，一個(gè)起到重要作用的設(shè)備就是換熱器。換熱器能使流體溫度達(dá)到流程所規(guī)定的指標(biāo)，以滿足過(guò)程工藝條件的需要。換熱器是能源轉(zhuǎn)換和利用過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行等都具有非常重要的意義。

板式換熱器是以波紋板作為傳熱面，流體可沿板間狹窄彎曲的通道流動(dòng)，其速度大小和方向不斷改變，形成強(qiáng)烈的湍流，從而有效地強(qiáng)化了傳熱，因此，它比管殼式等其他類型換熱器具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在換熱器傳熱過(guò)程中，一個(gè)重要的方面就是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算。流體在流動(dòng)中只有克服阻力才能前進(jìn)，流速愈高阻力愈大。流動(dòng)阻力的大小直接關(guān)系到輸送流體的泵或風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗，所以對(duì)換熱器必須進(jìn)行流動(dòng)阻力的計(jì)算。

1 模型構(gòu)建

1.1 流動(dòng)阻力的構(gòu)成

在流體中所遇到的流動(dòng)阻力通常為兩種。

（1）摩擦阻力。流體在流道中流動(dòng)時(shí)，流體與固體的壁面相接觸，由于流體的粘性和流體質(zhì)點(diǎn)之間的相互位移而產(chǎn)生摩擦所引起的阻力，稱為摩擦阻力。計(jì)算摩擦阻力的基本形式為：

（1）

式中，其中系數(shù)C及指數(shù)n以具體板片結(jié)構(gòu)而定。

（2）局部阻力。流體在流動(dòng)過(guò)程中，由于各種局部障礙而引起的流動(dòng)方向改變或流速突然改變所產(chǎn)生的阻力。局部阻力的計(jì)算式為：

（2）

式中：

——局部阻力系數(shù)

1.2 換熱器水頭損失

總水頭損失是由沿程水頭損失及局部水頭損失組成，而局部水頭損失由于換熱器種類不同會(huì)包括回彎水頭損失，進(jìn)、出口連接管處水頭損失等構(gòu)成。

幾種常見(jiàn)換熱器的水頭損失計(jì)算式如下：

（1）管式熱交換器：

（3）

式中：

——總水頭損失

——沿程水頭損失

——回彎水頭損失

——進(jìn)、出口連接管處水頭損失

其中：

（4）

（5）

（6）

式中：

——莫迪圓管摩擦系數(shù)

——圓管直徑，對(duì)非圓形管道，用水力直徑

——管程總長(zhǎng)

——管內(nèi)流體在平均溫度下的密度

——管內(nèi)流體流速

——管內(nèi)流體黏度校正因子

（2）螺旋板式熱交換器：

（7）

（3）純板式熱交換器

（8）

式中：

m——流程數(shù)

ω——工質(zhì)在流道中的流速

（4）翅片管熱交換器

（9）

式中：

Gmax——最小流通界面處質(zhì)量速度

f——摩擦系數(shù)

1.3 板式換熱器的水頭損失

在板式換熱器的計(jì)算方面，導(dǎo)熱情況及流體水頭損失hw是兩項(xiàng)重要參數(shù)，前者在很大程度上影響著設(shè)備的初始投資；后者決定運(yùn)行費(fèi)用的高低。本文基于現(xiàn)有的板式換熱器水頭損失計(jì)算式的基礎(chǔ)上，引入了歐拉準(zhǔn)則、雷諾準(zhǔn)則等流體力學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了更符合實(shí)際工程的算式推導(dǎo)，構(gòu)建了一個(gè)較完善的數(shù)學(xué)模型。

通過(guò)板式換熱器的流體水頭損失的計(jì)算和分析是建立在下面準(zhǔn)則方程的基礎(chǔ)上：

（10）

式中：Eu為歐拉準(zhǔn)則，a，b為實(shí)驗(yàn)確定的準(zhǔn)則系數(shù)，Re為雷諾準(zhǔn)則。

歐拉準(zhǔn)則為一無(wú)因次數(shù)群，被用來(lái)表示壓

力與慣性力的比，歐拉準(zhǔn)則是壓力或壓差對(duì)流速分布影響較大的流動(dòng)中重要的準(zhǔn)則數(shù)，可以用來(lái)反映流體水頭的損失情況。

則對(duì)于多流程的換熱器可以由歐拉準(zhǔn)則推導(dǎo)出如下表達(dá)式：

hw=mEuρω2 （11）

在準(zhǔn)則方程（12）中，Re代表雷諾數(shù)，是由雷諾準(zhǔn)則推導(dǎo)而來(lái)：

（12）

可以將（10）（11）（12）式聯(lián)立可得板式換熱器的水頭損失式：

（13）

而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，流速是不易得到的，根據(jù)流體力學(xué)邊界層理論可知，流速是決定流體流動(dòng)狀態(tài)的主要因素，流態(tài)由層流進(jìn)入紊流后，除少部分換熱量由層流底層的導(dǎo)熱決定，絕大部分的換熱量取決于由流速?zèng)Q定的對(duì)流換熱強(qiáng)度的大小。因此在板式換熱器的流體水頭損失計(jì)算中，流速也起到?jīng)Q定作用。

在板式換熱器應(yīng)用計(jì)算中，如果傳熱量Q（或熱負(fù)荷）及一次水、二次水的溫度確定后，流速v由下式計(jì)算：

（14）

式中：

Cp——流體的定壓比熱

S——板式換熱器總截面積

則將（14）式代入（13）即可得到最終推導(dǎo)式：

（15）

2 應(yīng)用性

當(dāng)把此數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于實(shí)際的幾種國(guó)產(chǎn)板式換熱器時(shí)，根據(jù)模型所需，可以由換熱器手冊(cè)查得相關(guān)參數(shù)，如流程數(shù)m，截面積S。當(dāng)?shù)弥ㄈ肓黧w的情況及工作環(huán)境，可以進(jìn)一步確定a、b、Q等參數(shù)，部分國(guó)產(chǎn)換熱器的相應(yīng)數(shù)值于表1給出，由于全部系數(shù)易得且水頭損失方便計(jì)算，可見(jiàn)本模型具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值?？梢院芎玫貛椭I(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱器設(shè)備，正確選型，節(jié)約資源及成本。

由上表可見(jiàn)（15）式具有很強(qiáng)的適用性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多種換熱器模型的水頭損失的分析，深入推導(dǎo)了板式換熱器的水頭損失情況，并將不易得的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步推導(dǎo)成為工業(yè)流程中可以通過(guò)查詢或經(jīng)驗(yàn)公式代入的參數(shù)，有著較強(qiáng)的適用性。利用此式，可以在工程實(shí)踐中繼續(xù)挖掘板式換熱器的潛力，使其的制造和應(yīng)用更加成熟，充分發(fā)揮其高效節(jié)能的作用。

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