一种多相态条件下的热交换器性能评价方法技术

本发明专利技术属于热交换器传热性能评价技术领域，具体涉及一种多相态条件下的热交换器性能评价方法。该评价方法以热交换器中冷、热流体的相出现变化的位置为界划分区域，分别计算各个区域中的传热系数K

【技术实现步骤摘要】
一种多相态条件下的热交换器性能评价方法


[0001]本专利技术属于热交换器传热性能评价
，具体涉及一种多相态条件下的热交换器性能评价方法。

技术介绍

[0002]传热性能是衡量一台换热器性能优劣的主要指标之一，传热系数可直观的反映冷流体与热流体之间热量交换的能力。总传热系数的计算公式基于冷、热侧表面传热膜系数及污垢热阻，对于单相流体之间的换热，如液
‑
液换热，气
‑
气换热，采用现有技术中总传热系数的计算公式可直观反映换热器传热性能，但对于带有相变的换热器，如用于蒸发或冷凝工况下的传热过程，因纯液相、气液混合相、纯气相的表面传热膜系数差距较大，采用现有技术的总传热系数计算方法无法准确评价换热器的传热性能。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多相态条件下热交换器性能评价方法。该评价方法以热交换器中冷、热流体的相出现变化的位置为界划分区域，分别计算各个区域中的传热系数K
i
以及换热面积A
i
，对所得换热面积A
i
进行加权平均，获取热交换器基于换热面积A
i
加权平均的表观传热系数K；通过对比不同含多相态热交换器的表观传热系数K，进而判断不同含多相态热交换器的性能优劣；所述表观传热系数K越大，该热交换器性能越优。
[0004]该方法包括以下步骤：
[0005]S1.根据热交换器中介质换热过程中的相变过程，选择以下两种方式：
[0006]A.热交换器中仅发生单侧相变时：根据发生相变的单侧介质干度变化，将传热过程分为三段，第一段为纯液相段，干度为0；第二段为气液混合段，干度0
‑
1；第三段为纯气相段，干度为1；依次定义为P1，P2，P3；
[0007]B.热交换器中发生双侧相变时：根据双侧介质的干度变化，将双侧介质分别划分为三段，并取双侧介质分段的交集，则将传热过程分为五段，依次定义为P4，P5，P6，P7，P8；
[0008]S2.计算各分段的换热量Q
i
：
[0009]Q
i
＝Cp
i
×
m
×
ΔT
i
[0010]或
[0011]Q
i
＝m
×
r
i
[0012]其中Cp
i
为任一单侧介质的定压比热容，m为所述单侧介质的质量流率，ΔT
i
为所述单侧介质在各个分段的两个分段端点间的温度差，r
i
为所述单侧介质的汽化潜热；i为对应的段数标记；
[0013]S3.分别计算各分段的表面传热膜系数，将壳程侧对应分段的传热膜系数记为H
i
，将管程侧对应分段的传热膜系数记为h
i
；
[0014]S4.计算各分段的传热系数K
i
：
[0015][0016]其中，R
i
为壳程上对应分段的污垢热阻，r
i
为管程上对应各段的污垢热阻，d
i内
为换热管对应分段的内直径，d
i外
为换热管对应分段的外直径；所述换热管内表面积对应管程，所述换热管外表面积对应壳程；
[0017]S5.计算各分段的换热面积A
i
[0018][0019]其中，ΔTm
i
为对应分段的对数平均温差；
[0020]S6.计算表观传热系数K
[0021][0022]所述单侧为管程侧或壳程侧，所述双侧为管程侧和壳程侧。
[0023]优选的，所述步骤S1中，方式A中单侧相变分为单侧相变蒸发和单侧相变冷凝；当单侧相变蒸发时，相变介质为冷流体，根据冷流体的干度变化，将传热过程分为三段；当单侧相变冷凝时，相变介质为热流体，根据热流体的干度变化，将相变过程分为三段。
[0024]优选的，所述干度变化确定方法为：根据冷、热流体的物性，确定冷、热流体发生相变的温度点，将液体开始出现气相的温度点，定义为泡点，将气体开始出现液相的温度点，定义为露点；泡点和露点即为干度变化点。
[0025]上述露点和泡点，当一侧介质由气液混合物完全变为液相时，在该变化点，可以看成液体开始出现气相的点，即泡点；当一侧介质由气液混合物完全变为气相时，在该变化点，可以看成气体开始出现液相的点，即露点。
[0026]优选的，步骤S2中，ΔT
i
的确定方法为：
[0027]当热交换器中仅发生单侧相变时，将发生相变的单侧介质的进口温度记为T
a
，出口温度记为T
d
，两个干度变化点沿介质进口至出口方向依次记为T
b
，T
c
，T
b
，T
c
分别为该介质的露点和泡点，则ΔT1＝T
b
‑
T
a
，ΔT2＝T
c
‑
T
b
，ΔT3＝T
d
‑
T
c
；
[0028]热交换器中发生双侧相变时，根据任一侧流体的露点、泡点，利用热量守恒定律求出与该侧流体露点和泡点对应的另一侧流体温度，按照所得另一侧流体的温度，对该另一侧流体进行分段，并按照各分段端点的温度计算各段的温差。
[0029]优选的，步骤S3中，表面传热膜系数H
i
的计算方法为，根据发生相变的单侧介质干度变化，在干度为0
‑
1的对应段，采用气相热阻法计算表面传热膜系数H
i
和h
i
；在干度为0或1的对应段，采用单相流体的传热膜计算公式进行计算表面传热膜系数H
i
和h
i
。
[0030]优选的，所述步骤S5中，对数平均温差ΔTm
i
的计算方法为：
[0031][0032]其中，ΔT
Fi
为同一分段中任一端两侧介质间的温度差，ΔT
Li
为该分段中另一端两侧介质间的温度差，计算时忽略温度的正负，以绝对值计算。
[0033]本专利技术的有益效果在于：
[0034]本专利技术适用于逆流或非逆流的单侧相变蒸发或单侧相变冷凝或双侧发生相变的热交换器，热交换器中冷、热介质可以为纯物质或混合物中的一种，适用范围广。
[0035]本专利技术中的表观传热系数的计算针对带有蒸发或冷凝的换热过程进行分段，分别计算不同相态下的表面传热膜系数，基于面积进行加权平均，可准确反映相变换热器的整体传热性能，克服现有技术中相变换热器不同段传热系数相差较大，无法准确评价的问题。为相变换热器的优化设计及传热性能评价提供了重要依据。
附图说明
[0036]图1为实施例1中热交换器为混合物单侧蒸发相变时冷、热流体温度变化及分段示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相态条件下的热交换器性能评价方法，其特征在于，该评价方法以热交换器中冷、热流体的相出现变化的位置为界划分区域，分别计算各个区域中的传热系数K
i
和换热面积A
i
，对所得换热面积A
i
进行加权平均，获取热交换器基于换热面积A
i
加权平均的表观传热系数K；通过对比不同含多相态热交换器的表观传热系数K，判断不同含多相态热交换器的性能优劣；所述表观传热系数K越大，该热交换器性能越优。2.如权利要求1所述的一种多相态条件下的热交换器性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据热交换器中介质换热过程中的相变过程，选择以下两种方式：A.热交换器中仅发生单侧相变时：根据发生相变的单侧介质干度变化，将传热过程分为三段，第一段为纯液相段，干度为0；第二段为气液混合段，干度0
‑
1；第三段为纯气相段，干度为1，依次定义为P1，P2，P3；B.热交换器中发生双侧相变时：根据双侧介质的干度变化，将双侧介质分别划分为三段，并取双侧介质分段的交集，将传热过程分为五段，依次定义为P4，P5，P6，P7，P8；S2.计算各分段的换热量Q
i
：Q
i
＝Cp
i
×
m
×
ΔT
i
或Q
i
＝m
×
r
i
其中Cp
i
为任一单侧介质的定压比热容，m为所述单侧介质的质量流率，ΔT
i
为所述单侧介质在各个分段的两个分段端点间的温度差，r
i
为所述单侧介质的汽化潜热；i为对应的段数标记；S3.计算各分段的表面传热膜系数；S4.计算各分段的传热系数K
i
：其中，H
i
为壳程上对应分段的表面传热膜系数，h
i
为管程上对应分段的表面传热膜系数，R
i
为壳程上对应分段的污垢热阻，r
i
为管程上对应各段的污垢热阻，d
i内
为换热管对应分段的内直径，d
i外
为换热管对应分段的外直径；所述换热管内表面积对应管程，所述换热管外表面积对应壳程；S5.计算各分段的换热面积A
i
其中，ΔTm
i
为对应分段的对数平均温差；S6.计算表观传热系数K。3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永东，李雪，王严冬，程沛，吴晓红，于改革，夏春杰，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：