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管壳式气-气换热器是工业中常见的热交换设备,其设计型计算需要综合考虑热力学、流体力学和传热学等多学科知识。设计计算的核心目标是确定满足特定换热量需求下换热器的主要结构参数和性能指标。
在设计型计算中,首先需要明确设计条件,包括热侧和冷侧气体的流量、进口温度、允许压降等参数。通过这些基础数据,可以初步估算所需的换热面积,并选择适当的管径、管长和管数等结构参数。
传热计算是设计过程中的关键环节,需要分别计算管程和壳程的传热系数。管程传热系数通常采用经典的Dittus-Boelter公式进行估算,而壳程传热系数则多使用Bell-Delaware方法计算。同时还要考虑污垢热阻对整体传热性能的影响。
压降计算同样重要,它直接影响运行能耗。管程压降可通过达西公式计算,壳程压降则较为复杂,需要考虑折流板间距、缺口高度等因素。合理的压降设计需要在传热性能和运行成本之间取得平衡。
完善的换热器设计计算代码应该具备迭代优化功能,能够自动调整结构参数直至满足所有设计要求。设计完成后的验证计算也十分必要,包括校核实际换热量是否达标,以及各工况下的安全性评估等。