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《熱交換器計(jì)算示例》2.6 管殼式熱交換器[例 2.2] 試對固定管板的管殼式煤油冷卻器進(jìn)行傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和阻力計(jì)算。在該熱交換器中，要求將 14 t/h 的 T-1 煤油由 140 ℃冷卻到 40 ℃，冷卻水的進(jìn)、出口水溫為 30 ℃和 40 ℃，煤油的工作表壓力為 0.1 MPa，水的工作表壓力為 0.3 MPa。[解] 由已知條件，選用兩臺〈1－2〉型管殼式熱交換器串聯(lián)工作，水的結(jié)垢性強(qiáng)，工作壓力也較高，故使其在管程流動，而煤油的溫度、壓力均不高，且較潔凈，在殼程流動也是合適的，計(jì)算過程和結(jié)果列于表 2.11 中。表 2.11 例 2.2 計(jì)算表格項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注1 煤油進(jìn)口溫度 t′1 ℃ 由題意 1402 煤油出口溫度 t″1 ℃ 由題意 403 冷卻水進(jìn)口溫度 t′2 ℃ 由題意 304 冷卻水出口溫度 t″2 ℃ 由題意 405 煤油工作表壓力 p1 MPa 由題意 0.16 冷卻水工作表壓力 p2 MPa 由題意 0.3原始數(shù)據(jù)7 煤油流量 M1 kg/s 由題意 3.898 煤油定性溫度 tm1 ℃ (t′1+ t″1)/2=(140+40)/2 909 煤油比熱 cp1 kJ/(kg·℃) 查物性表 2.3310 煤油密度 ρ1 kg/m3 查物性表 74411 煤油黏度 μ1 kg/(m·s) 查物性表 604.5×10-612 煤油導(dǎo)熱系數(shù) λ1 W/(m·℃) 查物性表 0.102813 煤油普蘭德數(shù) Pr1 —6104.5238pcPr?????13.714 水的定性溫度 tm2 ℃ (t′2+ t″2)/2=(30+40)/2 3515 水的比熱 cp2 kJ/(kg·℃) 查物性表 4.18716 水的密度 ρ2 kg/m3 查物性表 100017 水的黏度 λ2 kg/(m·s) 查物性表 0.62118 水的導(dǎo)熱系數(shù) μ2 W/(m·℃) 查物性表 725×10-6流體的物性參數(shù)19 水的普蘭德數(shù) Pr2 —62751048.pcPr?????4.920 熱損失系數(shù) ηL — 取用 0.9821 傳熱量 Q kW Q＝M 1 cp1 (t′1－ t″1) ηL＝14000/3600×2.33×(140－40)×0.98888傳熱量及平 22 冷卻水量 M2 kg/s M2 = Q/cp2(t″2－t′ 2) 21.21項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注= 888/4.187×(40-30)23 逆流時(shí)對數(shù)平均溫差 ?t1m,c ℃maxin1,i10llct???39參數(shù) P 及 RP — 21430tP? 0.091均溫差24R — 2tR???1025 溫差修正系數(shù) ψ — 由型公式計(jì)算 0.97226 有效平均溫差 ?tm ℃ ?tm =ψ?t1m,c=0.972×39 37.927 初選傳熱系數(shù) K′ W/(m2·℃) 查參考資料 230 外徑28 估算傳熱面積 F′ m2 F′= =888000/230×37.9'omQKt?101.8729 管子材料及規(guī)格 mm 選用碳鋼無縫鋼管 φ25×2.530 管程內(nèi)水流速 ω2 m/s 選用 131 管程所需流通截面 At m2 At = =21.21/1000/12M??0.0212132 每程管數(shù) n 根 n = =4×0.02121/π×0.02224tid?6833 每根管長 l m l=F′/nZtπdo=101.87/68×4π×0.025=4.77 取標(biāo)準(zhǔn)長 4.534 管子排列方式 選 等邊三角 形35 管中心距 s mm 由表 2.3 3236 分程隔板槽處管中心距 lE mm 由表 2.3 4437 平行于流向的管距 sP mm sp = s cos30°=32 cos30° 27.738 垂直于流向的管距 sn mm sn = s sin30°=32 sin30° 1639 拉桿直徑 mm 由 2.1.5 節(jié) 1640 做草圖 圖 2.48作圖結(jié)果所得數(shù)據(jù) 見圖 2.48六邊形層數(shù) a — 6一臺管子數(shù) nt 根 136一臺拉桿數(shù) 根 由表 2.7，估計(jì)殼體直徑在 400~700mm間 4估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)41一臺傳熱面積 m2 ntπdl=136π×0.025×4.5 48.1項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注二臺傳熱面積 F″ m2 2×48.1 96.2管束中心至最外層管中心距離 m 由圖 2.48，量得或算出 0.22442 管束外緣直徑 DL m 0.224×2+2×0.0125 0.47343 殼體內(nèi)徑 DS m DS= DL+2b3b3=0.25d=6.25mm，且≮8mm，故DS=0.0473+2×0.008按照 GB151—1999 規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)直徑0.544 長徑比 — l/DS=4.5/0.5 9 合理45 管程接管直徑 D2 mmD2= =1652M1.1.3.0????按鋼管標(biāo)準(zhǔn)取值Φ180×546 管程雷諾數(shù) Re2 / 2-6.75id?27586管程計(jì)算47 管程換熱系數(shù) α2 W/(m2·℃)α2= ×0.023 Re20.8Pr20.4i?=0.621/0.02×0.023×275860.8×4.90.4481348 折流板形式 選定 弓形49 折流板缺口高度 h m h=0.25DS=0.25×0.5 0.12550 折流板的圓心角 度 12051 折流板間距 ls m (0.2~1)Ds=(0.2~1)×0.5=0.1~0.5, 取 0.2552 折流板數(shù)目 Nb 塊 4500/250-1 1753 折流板上管孔數(shù) 個(gè) 由圖 2.48 11654 折流板上管孔直徑 dH m 由 GB151-1999 規(guī)定 0.025455 通過折流板上管數(shù) 根 由圖 2.48 11256 折流板缺口處管數(shù) 根 由圖 2.48 2457 折流板直徑 Db m 由 GB151-1999 規(guī)定 0.495558 折流板缺口面積 Awg m2 21()sin420.50.15)i68swg oDhA??????????????0.03838759 錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管子數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)Fc {()siarc(2-arcos}0.50.5()inros()473473rs. sLLDhFh??????????????0.64殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算60 缺口處管子所占面積 Awt m2 Awt = nt (1－F c) = ×140×(1-28od?2.8??0.01237項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注0.64)61 流體在缺口處流通面積 Ab m2 Ab= Awg－ Awt=0.038387－0.01237 0.02662 流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積Ac m2 Ac =ls[Ds－D L+ (s－d o)]?=0.25[0.5-0.473]+ 0.473.25×(0.032－0.025)0.03163 殼程流通截面積 As m2 .6.1sbcA???0.028464 殼程接管直徑 D1 mm 按 πD12 /4=0.0284 計(jì)算，并由鋼管標(biāo)準(zhǔn)選相近規(guī)格 Φ203×665 錯(cuò)流區(qū)管排數(shù) Nc 排 由圖 2.48 866 每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù) Ncw 排 Ncw = =0.8×0.125/0.027phs3.767 旁流通道數(shù) NE 168 旁通擋板數(shù) Nss 對 選取 369 錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)Fbp 1 Fbp=[ Ds－ DL+1/2 NE lE] ls/ Ac=[0.5－0.473+1/2×1×0.044]×0.25/0.0310.39570 一塊折流班上管子和管孔間泄漏面積Atb m2 Atb=πdo(dH-do) (1－ Fc)nt /2=π×0.025×0.0004×1.64×136 /20.003571 折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄漏面積Asb m2 2ars(1)20.5(.49)arcos1.sbb h??????????????????0.00236572 殼程雷諾數(shù) Re1 16380.2544cMdReA????566473 理想管束傳熱因子 jH 由圖 2.28 0.011殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算74 折流板管束校正因子 jc 由圖 2.29 1.0175 折流板泄露校正因子j1 由 0.2356.1sbtcA???=0.1889 .sbt=0.4 查圖 2.300.74殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)76 旁通校正因子 jb 由 及 Fbp =0.39530.758scN?0.94項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注查圖 2.3177 殼程傳熱因子 jo jo = jH jc j1 jb=0.011×1.01×0.74×0.94 0.007778 殼程質(zhì)量流量 Gs kg/(m2·s) =3.89/0.0284sMA?13779 殼側(cè)壁面溫度 tw ℃ 假定 4080 壁溫下煤油黏度 μw1 kg/(m·s) 查物性表 1080×10-6算81 殼側(cè)換熱系數(shù) α1 W/(m2·℃) α1=joGscpPr-2/3（ μ/μw） 0.14=0.0077×137×2330×13.7-2/3/1.0574 40682 水垢熱阻 rs,2 (m2·℃)/W 查表得 0.0003483 油污垢熱阻 rs,1 (m2·℃)/W 查表得 0.0001784 管壁熱阻 略85 傳熱系數(shù) K W/(m2·℃) -1,1,2-1520.7.348460osiidr??????????????30186 傳熱面積 F m2 F= =888000/301×37.9mQKt?77.8487 傳熱面積之比 F”/F 96.2/77.84 1.236 稍大需用傳熱面積88 檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫 tw1 ℃ 1,1()wsmtrt????= 90-301×(1/406+0.00017)×37.939.96 與假定值差0.04℃89 管內(nèi)摩擦系數(shù) fi 查圖 2.35 0.006590 管側(cè)壁溫 tw2 ℃ 假定 4091 壁溫下水的粘度 μw2 kg/(m·s) 查物性表 653.3×10-692 沿程阻力 ?Pi Pa 20.14-60.14(/)8.572()3.tiiwLPfd?????????11530 兩臺93 回彎阻力 ?Pr Pa 2trPZ????8000 兩臺94 進(jìn)出口連接管阻力 ?PN Pa21.5.tN?75095 兩臺管程總阻力 ?Pt Pa ?Pt=?Pi+?Pr+?PN=11530+8000+750 20280沒超表2.10 規(guī)定阻力計(jì)算96 理想管束摩擦系數(shù) fk — 查圖 2.36 0.19項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源 數(shù) 值 備注97 理想管束錯(cuò)流段阻力?Pbk Pa 20.14124(/)3.89057sCbkwcMNPfA??????65.498 理想管束缺口處阻力?Pwk Pa 12(06).+.374swkcwbc???（ ） 51.299 旁路修正系數(shù) Rb — 查圖 2.38 0.85100折流板泄漏校正系數(shù) R1 — 查圖 2.37 0.48101折流板間距不等校正系數(shù) Rs — 間距相等，不需校正 1102 殼程總阻力 ?P′s Pa ?P′s =[( Nb -1)?Pbk Rb + Nb ?Pwk ] R1+2?Pbk (1+Ncw/Nc) Rs=[(17-1)×64.5×0.85+17×51.2]×0.48+2×65.4×0.85×(1+3.7/8)×11007103 兩臺殼程總阻力 ?Ps Pa 2×?P′s =2×1007 2014沒超表2.10 規(guī)定3.1 螺旋板式熱交換器[例 3.1] 試設(shè)計(jì)一臺螺旋板式熱交換器，將質(zhì)量流量 3 000kg/h 的煤油從 t′1= 140℃冷卻到 t″1=40℃。冷卻水入口溫度 t′2=30 ℃ ，冷卻水量為 M2=15 m3/h。[解]① 煤油的熱物性參數(shù)值煤油平均溫度按卡路里溫度計(jì)算，即 t1m＝t″ 1＋F c (t′1－t″ 1)＝40＋0.3(140－40)＝70℃。查得煤油在 70℃時(shí)物性參數(shù)值：黏度 μ 1＝10.0×10 －4 kg/(m·s)， 導(dǎo)熱系數(shù) λ 1＝0.14 W/(m ·℃)，比熱 c p1＝2.22×10 3 J/(kg·℃)， 密度 ρ 1＝825 kg/ m3。② 傳熱量 QQ＝M 1 cp1 (t′1－t″ 1)＝3 000×2.22×10 3×(140－40)＝666 000×10 3 J/h③ 冷卻水出口溫度 t″2由 Q＝M 2 cp2 (t″2－t′ 2)，得t″2＝ ＋t′ 2＝ ＋30＝40.6℃QM2cp2 666 000×10315×994×4.18×103④ 冷卻水的熱物性參數(shù)值冷卻水的平均溫度 t2m＝ ＝35.3℃，冷卻水在該溫度下的熱物性參數(shù)值為：t′2＋ t″22黏度 μ 2＝7.22×10 －4 kg/(m·s)， 導(dǎo)熱系數(shù) λ 2＝0.627 W/(m ·℃)，比熱 c p2＝4.18×10 3 J/(kg·℃)， 密度 ρ 2＝994 kg/ m3。⑤ 選型由于是液—液熱交換，選Ⅰ型。⑥ 流道的當(dāng)量直徑 de選取在流道中的流速，冷卻水側(cè)為 w2＝0.5 m/s，煤油側(cè)為 w1＝0.4 m/s。設(shè)冷卻水側(cè)的流通截面積為 A2，煤油側(cè)為 A1，則A2＝ ＝ ＝0.008 33 m 2M23 600w2ρ2 15×9943 600×0.5×994A1＝ ＝ ＝0.002 5 m 2M13 600w1ρ1 3 0003 600×0.4×825取螺旋板寬 H＝0.6 m，則去除封條寬厚的有效板寬 He＝H －2×0.1 ＝0.58 m。通道寬 b2 (水側(cè))和 b1 (煤油側(cè))為b2＝ ＝ ＝0.014 mA2He 0.008 330.58b1＝ ＝ ＝0.004 3 mA1He 0.002 50.58查產(chǎn)品樣本取 b2＝15 mm，b 1＝5 mm通道的當(dāng)量直徑 de2(水側(cè))和 de1(煤油側(cè))為：de2＝ ＝ ＝0.029 2 m2Heb2He＋ b2 2×0.58×0.0150.58＋ 0.015de1＝ ＝ ＝0.009 9 m2Heb1He＋ b1 2×0.58×0.0050.58＋ 0.005⑦ 雷諾數(shù) Re 及普朗特?cái)?shù) Pr (下標(biāo) 2 為水側(cè)，1 為煤油側(cè)的值，下同)w2＝ ＝ ＝0.48 m/ sM23 600A2ρ2 153 600×0.58×0.015Re2＝ ＝ ＝19 296w2de2ρ2μ2 0.48×0.029 2×9947.22×10－ 4Pr2＝ ＝ ＝4.81μ2cp2λ2 7.22×10－ 4×4.18×1030.627w1＝ ＝ ＝ ＝0.348 m/sM13 600A1ρ1 M13 600b1Heρ1 3 0003 600×0.005×0.58×825Re1＝ ＝ ＝2 842w1de1ρ1μ1 0.348×0.009 9×82510.0×10－ 4Pr1＝ ＝ ＝15.9 μ1cp1λ1 10.0×10－ 4×2.22×1030.14⑧ 對流換熱系數(shù) α由式(3.2)，α2＝0.039 7 Re Pr ＝0.039 7× ×19 2960.784×4.810.4λ2de2 0.7842 0.42 0.6270.029 2＝3 658 W/(m 2·℃)α1＝0.039 7 Re Pr ＝0.039 7× ×2 8420.784×15.90.3λ1de1 0.7841 0.31 0.140.009 9＝656.7 W/(m 2·℃)⑨ 傳熱系數(shù) K因介質(zhì)是水和煤油，故取材質(zhì)為 A3 卷筒鋼板，厚 δ＝4 mm，其導(dǎo)熱系數(shù) λ＝46.5 W/(m·℃ )，兩側(cè)污垢熱阻取 R1＝R 2＝0.000 0017 m 2·℃/ W，則＝ ＋ ＋ ＋R 1＋R 2＝ ＋ ＋ ＋0.000 0017＋0.000 00171K 1α1 1α2 δλ 1656.7 13 658 0.00446.5K＝530 W/(m 2·℃)⑩ 對數(shù)平均溫差 ΔtlmΔtlm＝ ＝ ＝39 ℃（t′1－ t″2）－ （t″1－ t′2）lnt′1－ t″2t″1－ t′2（140－ 40.6）－ （40－ 30）ln140－ 40.640－ 30? 傳熱面積 FF＝ ＝8.95 m 23960 5tKQm???? 每塊螺旋板有效長度 lele＝ ＝ ＝7.72 mF2He 58.0? 螺旋板圈數(shù)及下料尺寸設(shè) d2＝200 mm，c ＝b 1＋b 2＋ 2δ＝5＋15＋2×4＝28 mm，則d1＝d 2－(b 2－b 1)＝200－(15－5) ＝190 mm由式(3.15)得螺旋體的有效圈度 ne 為ne＝（2b2－ d1－ d2）＋ （d1＋ d2－ 2b2）2＋ 16cliπ4c2814.307285)-0(90)-95( 2??????＝6.69取有效圈數(shù) ne＝ 7，此即為內(nèi)側(cè)螺旋板的實(shí)際圈數(shù)。由式(3.12)得內(nèi)側(cè)螺旋板的下料尺寸為：li＝l 1＝ {n(d1＋2b 1＋4δ ＋ d2)＋2(n 2－n)c}π2＝ {7×(190＋2×5 ＋4×4＋200)＋2(7 2－7)×28}3.142＝8.26 m由式(3.13)得外側(cè)螺旋板的下料尺寸為：lo＝l 2＝ {n(d1＋2b 2＋4δ ＋d 2)＋(d 2＋δ)＋2n 2c}π2＝ {7×(190＋2×15＋4×4＋200) ＋(200＋4)＋2×7 2×28}π2＝9.42 m? 熱交換器外徑 D由式(3.16)得：D＝d 2＋2nc＋2δ ＝200＋ 2×28×7＋2×4＝600 mm? 壓降由式(3.10)得：煤油側(cè)： 2)3.915.0Re83( 12.1 ??????snldlP2348.05).906.849.625.0 ???＝34 775 Pa＝0.035 MPa冷卻水側(cè)： 2)3.1.Re83(225.02 ?????snldlP＝ 248.09).04.969 ???＝48 073 Pa＝0.048 MPa因兩側(cè)壓降均不足 1 工程大氣壓，在工程上一般的允許范圍內(nèi)，故本熱力設(shè)計(jì)符合要求。3.2 板式熱交換器[例 3.2] 欲將流量為 9000 kg/h 的熱水從 110 ℃冷卻到 40 ℃，冷水的入口溫度為35 ℃，出口溫度為 65 ℃，壓降最大不超過 50 kPa，試進(jìn)行一臺板式熱交換器熱力設(shè)計(jì)計(jì)算。[解]首先確定板型。設(shè)選擇蘭州石油化工機(jī)械廠制造的 BP 型板片。從廠家產(chǎn)品規(guī)格查得，板間距 b＝4.8 mm，流道寬 L＝430 mm，板厚為 1.2 mm，單片傳熱的投影面積為 0.52 m2，傳熱準(zhǔn)則關(guān)系為 Nu＝0.091Re 0.73Prn，壓降的準(zhǔn)則關(guān)系式為 Eu＝42 400Re－0.545 ，當(dāng)流程數(shù) m′≤7時(shí)，應(yīng)乘以校正系數(shù) φm，即 Eu′＝Euφ m＝Eum′m① 傳熱量 QQ＝M 1cp1(t′1－t″ 1)＝9 000×4.19×(110－40)＝2 639 700 kJ/h② 所需冷水量 M2M2＝ ＝ ＝21 101 kg /hQcp（t″2－ t′2） 2 639 7004.19（65－ 35）③ 假定流程數(shù) m1、m 2 熱水 m1＝6，冷水 m2＝3④ 假定通道數(shù) n1、n 2 熱水 n1＝3，冷水 n2＝6⑤ 計(jì)算平均溫差 Δtm按逆流計(jì)算時(shí)Δtlm，c ＝ ＝18.2 ℃110－ 65－ （40－ 35）ln110－ 6540－ 35P＝ ＝0.4， R＝ ＝2.3365－ 35110－ 35 110－ 4065－ 35按 3 殼程、6 管程的管殼式熱交換器查得修正系數(shù) ψ＝0.88，∴Δtm＝ψ Δtlm，c ＝0.88×18.2＝16.0 ℃⑥ 確定兩側(cè)對流換熱系數(shù) α1、α 2對于熱水側(cè)：流速 w 1＝ ＝0.42 m/s9 0000.43×0.004 8×3×3 600×974.8質(zhì)量流速 G 1＝ρ 1w1＝974.8×0.42＝409 kg/( m2·s)當(dāng)量直徑 d e1＝2b＝2×4.8 ＝ 9.6 mm取 t1＝(t′ 1＋t″ 1)/2＝(110＋40)/2＝75 ℃為定性溫度，查得水動力黏度，μ 1＝380.6×10 －6 kg/(m·s)，導(dǎo)熱系數(shù) λ1＝67.1×10 －2 W/(m·℃)，比熱 cp1＝4.19 kJ /(kg·℃)。Re1＝ ＝ ＝10 317de1G1μ1 9.6×10－ 3×409380.6×10－ 6Pr1＝2.38α1＝ ×0.091Re Pr ＝ ×0.091×(10 317)0.73×2.380.3λ1de1 0.731 0.31 67.1×10－ 29.6×10－ 3＝7 020 W/(m 2·℃)對于冷水側(cè)：w2＝ ＝0.48 m/s21 1010.43×0.004 8×6×3 600×988.1G2＝ρ 2w2＝988.1×0.48＝474.3 kg/( m2·s)取 t2＝(65＋35)/2＝50 ℃為定性溫度，由此查得冷水的 μ2＝549.4×10 －6 kg/(m·s)，λ2＝64.8×10 －2 W/(m·℃)，c p2＝4.17 kJ/(kg ·℃)，Pr 2＝3.54Re2＝ ＝ ＝8 288de2G2μ2 9.6×10－ 3×474.3549.4×10－ 6α2＝ ×0.091Re Pr ＝ ×0.091×(8 288)0.73×3.540.4λ2de2 0.732 0.42 64.8×10－ 29.6×10－ 3＝7 386 W/(m 2·℃)⑦ 計(jì)算傳熱系數(shù) K設(shè)水垢阻 r1＝r 2＝0.000 017 m2·℃/W。今板片厚 δ＝1.2 mm，不銹鋼板材的導(dǎo)熱系數(shù) λ＝14.4 W /(m·℃)∴ K＝11α1＋ δλ＋ r1＋ r2＋ 1α2＝ ＝2 531 W/(m 2·℃)117 020＋ 1.2×10－ 314.4 ＋ 0.000 017＋ 0.000 017＋ 17 386⑧ 所需傳熱面積 FF＝ ＝ ＝18.1 m 2QKΔtm 2 639 700×1032 531×3 600×16⑨ 由傳熱面求板片數(shù) N′t*由于板片有波紋，板片參與換熱的實(shí)際面積略大于其投影面積。N′t＝ ＋2＝ ＋2＝36.8≈37FFp 18.10.52⑩ 由通道數(shù)與流程數(shù)求板片數(shù) N″tN″t＝m 1n1＋m 2n2＋1＝6×3＋3×6＋1＝37今 N″t＝N′ t，故滿足傳熱要求。? 壓降 ΔP 計(jì)算熱水側(cè)： Eu 1＝42 400Re ＝42 400×10 317 －0.545 ＝275.4－ 0.5451今程數(shù)小于 7，故 Eu′1＝Eu 1 ＝275.4× ＝236.1m′1m1 67ΔP1＝Eu′ 1·ρ1w ＝236.1×974.8×0.42 2＝40 598 N /m2≈41 kPaQs，max ，工作安全。3) 加熱側(cè)最低壁溫tp，min ＝t″ 1－Q s，l Rl＝116.07 ℃tp，imn tc(煙氣中的水蒸氣露點(diǎn))以上三方面的核算表明此設(shè)計(jì)符合安全性要求。4.1 冷水塔[例 4.1] 要求將流量為 4 500 t/h、溫度為 40 ℃的熱水降溫至 32 ℃，已知當(dāng)?shù)氐母汕驕囟?θ=25.7 ℃，濕球溫度 τ=22.8 ℃，大氣壓力 P=101.3 kPa，試計(jì)算機(jī)械通風(fēng)冷卻塔所需要的淋水面積。[解]1) 冷卻數(shù)計(jì)算水的進(jìn)出口溫差 t 1－t 2＝40－32＝8 ℃水的平均溫度 t m＝(40＋32)/2＝36 ℃由附錄 G 查得：與進(jìn)口水溫 t1＝40 ℃相應(yīng)的飽和空氣焓 i″2＝165.8 kJ/ kg與平均水溫 tm＝36 ℃相應(yīng)的飽的空氣焓 i″m＝135.65 kJ/ kg與出口水溫 t2＝32 ℃相應(yīng)的飽的空氣焓 i″1＝110.11 kJ/ kg進(jìn)口空氣的焓 i1，近似等于濕球溫度 τ＝22.8 ℃時(shí)的焓，查得該值 i1＝67.1 kJ /kg。由于水的進(jìn)出口溫差(t 1－t 2)15 ℃，故可用辛普遜積分法的兩段公式 (式 4.24)計(jì)算冷卻數(shù)。由 t2＝32 ℃查圖 4.11，得系數(shù) K＝0.944，求冷卻數(shù)的過程列于表 4.2。表 4.2 冷卻數(shù)的計(jì)算2) 求氣水比，計(jì)算空氣流量將表 4.2 所示不同氣水比時(shí)的冷卻數(shù)作于圖 4.17 上。項(xiàng)目及符號 單位 計(jì)算公式 數(shù)值氣水比，G/L 假設(shè) 0.5 0.625 1出口空氣焓，i 2 kJ/kg 按式(4.21) 138.1 123.9 102.6空氣進(jìn)出口焓平均值，i m kJ/kg (i1＋ i2)/2 102.6 95.5 84.9Δi2 kJ/kg i″2－i 2 27.7 41.9 63.2Δi1 kJ/kg i″1－i 1 43.1 43.1 43.1Δim kJ/kg i″m－i m 33 40.2 50.8冷卻數(shù)，N 按式(4.24) 1.01 0.867 0.697圖 4.17 例 4.1 的 N—G/L 曲線選擇 d20，Z＝10×100＝1 000 mm 的蜂窩式填料，將此種填料的特性曲線(見圖 4.14)也繪到圖 4.17 上，則兩曲線交點(diǎn) P 的氣水比 λP＝0.61，相應(yīng)的冷卻數(shù) NP＝0.86。故當(dāng) L＝4 500 t/h 時(shí)，空氣流量 G＝0.61×4 500＝2 745 t/h。由 θ＝25.7 ℃及 i1＝67.1 kJ/kg，查得進(jìn)口空氣的比容 υ＝ 0.868 9 m3/kg，故其密度 ρ＝1.15 kg/m3，空氣的容積流量 G′＝2 745×1 000/(3 600×1.15)＝663 m 3/s。3) 選擇平均風(fēng)速，確定塔的總面積：選取塔內(nèi)平均風(fēng)速，w m＝2 m/s。則塔的總截面積 F＝G′/w m＝663/2 ＝331.5 m2。若采用四格 9×9 的冷水塔，減去柱子所占面積，可認(rèn)為其平均斷面積為 80 m2，因此塔的有效設(shè)計(jì)面積為 4×80＝ 320 m2。從而淋水密度為 q w＝4 500/320 ＝14.1 m 3/(m2·h)，每格塔的進(jìn)風(fēng)量為 663/4＝165.75 m 3/s。