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例4.4.2對例4.3. 1的設計結果進行變工況計算

日期：2022-01-07 09:05:11點擊：193

例4.4.2對例4.3. 1的設計結果進行變工況計算。原設計條件是:管內蒸汽的入口溫度為130 °C是飽和溫度，冷凝后水的出口溫度為40°C，入口蒸汽流量為18 t/h (5.0 kg/s)；空氣的設計入口溫度為16 風量為625 kg/s,當空氣入口溫度升至30°C 時，需要進行變工況計算.由于管內的換熱過程分兩個階段:飽和蒸汽的凝結和凝結水的冷卻，兩個階段是分別設計的，因而變工況計算也需分別進行。

(1) 凝結水冷卻段的變工況計算。
① 已知:設計面積A =332 m²,傳熱量

= 1 894 kW,傳熱系數

入口溫度

= 130°C，出口溫度

= 40°C，

為凝結段與冷卻段交界點處的介質溫度。
② 熱容量計算。
水的熱容

空氣熱容

因

,故水側的熱容量最小。
③ 傳熱效率計算

代入式(2. 12.9)，對單相流體的情況

(4)計算結果

注：

為凝結段和冷卻段分界點處的空氣溫度。
(2) 蒸汽凝結段的變工況計算。
① 已知：設計面積

換熱量

,傳熱系數

(m² • ℃) .
② 熱容量和傳熱單元數：因管內蒸汽凝結為相變過程，熱容

為無限大,管外空氣的熱容為最小值

③ 傳熱效率

：對相變介質，按式(2. 12.8)計算

④ 初步計算結果：

與原設計結果

有13 %的差別，為計算誤差。事實上，二者應該是相等的，因為不管工況如何變化,全部蒸汽凝結所需熱量是不變的。
(3) 蒸發段和冷卻段分界點的移動和傳熱面積的重新分配。
由于變工況，空氣進口溫度由16℃升為30℃ 空氣的出口溫度由36 ℃升至 47.7℃家由于冷流體空氣整體溫度的提高，使各段的傳熱溫差

變小,對于凝結段,

,由于傳熱量

和傳熱系數

不變，溫差

的減小會導致傳熱面積

,的增大，但總的面積是不變的，凝結段傳熱面積的增大，必然導致冷卻段傳熱面積的減少，這將使得凝結段和冷卻段在圖4. 3. 1中分界點向右移動。這將進一步導致冷卻段介質出口溫度的升高。
反之,在寒冷的季節，或當大氣溫度低于設計氣溫時,凝結段占有的傳熱面積會減少，冷卻段的傳熱面積會增大,二者的面積分界點向左移動，介質出口溫度下降，甚至結冰。綜上所述，當空冷器中同時擁有凝結段和冷卻段時，在總傳熱面積不變的情況下，兩段所占有的傳熱面積之比，會隨著氣溫的變化而“飄動”。

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