加热介质是液体，换热器壳侧导热系数和总的导热系数怎么算

Question

我想请问下，一般来说加热介质都是水蒸汽，我会算，但是我的降膜换热器外侧是一种高温油，管道内液膜是需要蒸发的介质，这种情况壳侧、管侧以及两者总的导热系数怎么算，，因为油没有给气体参数应该就是不蒸发了，液体传热，问：列管降膜，壳侧加热介质是液体，只有油的性质流量，温度降低前后值，没有潜热啥的，说明没有发生气化吧，管道内侧是蒸发介质，膜状蒸发，问怎么计算总导热系数，传热面积，压降等参数，我需要具体的公式

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

要计算包含高温油作为壳侧加热介质和液膜蒸发作为管侧过程的列管降膜换热器的导热系数、传热面积以及压降等参数，我们需要分步骤进行考虑。这里提供一个基于基本原理的计算框架和方法指南，实际应用时可能需要根据具体工况和数据进行调整。

1. 导热系数的计算

壳侧（油侧）导热系数

壳侧导热系数主要由油的物性决定，通常指的是油在特定温度下的热导率（W/(m·K)）。这个值一般可以从油的物性表中查得。如果给定了油的流量、入口和出口温度，但没有直接给出热导率，可以通过以下步骤估算：

• 查阅资料：查找该高温油在平均操作温度下的热导率。
• 校正：如果油温变化较大，可考虑温度对热导率的影响，部分油品的热导率随温度升高而略有增加。

管侧（液膜蒸发侧）导热系数

对于液膜蒸发侧，导热系数较为复杂，因为它不仅涉及液体本身的热导率，还与蒸发过程中的相变有关。液膜的导热系数可以通过Nusselt数和Prandtl数来关联，并结合雷诺数进行估算。对于膜状蒸发，还需要考虑蒸汽的形成对传热的增强作用，这通常通过经验公式或者更为复杂的模型来描述。

2. 传热面积的计算

传热面积(A)直接影响换热效率，可以通过以下公式计算： [ Q = UA\Delta T_{lm} ] 其中：

• (Q) 是总传热量（W）
• (U) 是总传热系数（W/(m²·K)），可通过下面的步骤估算
• (\Delta T_{lm}) 是对数平均温差（K）

要确定传热面积，首先需要知道总传热量(Q)，然后解上述公式得到(A)。总传热系数(U)可以利用牛顿冷却定律结合两侧的努塞尔数和热阻来估算。

3. 总传热系数(U)的计算

[ U = \frac{1}{\frac{1}{h_i} + \sum R_{wall} + \frac{1}{h_o}} ] 这里：

• (h_i) 和 (h_o) 分别是管内和管外的对流传热系数
• (R_{wall}) 包括管壁热阻和其他可能的热阻

4. 压降的计算

压降包括壳程和管程两部分，通常需要考虑流体的动力学特性，如雷诺数(Re)、摩擦系数(f)等。

• 壳程压降：可通过Darcy-Weisbach方程结合Euler数和摩擦因数计算。
• 管程压降：特别是液膜蒸发，需考虑液膜厚度、流速对压降的影响，可能需要更专业的模型或经验公式。

实际操作建议

• 收集详细数据：确保有充分的物性数据（如油的热导率、密度、粘度等）、操作条件（流量、温度、压力）。
• 查阅相关文献：针对膜状蒸发的具体工况，查找相关的研究文献或工业标准，可能会有更精确的计算模型或经验公式。
• 软件辅助：使用专业软件（如Aspen Plus、COMSOL Multiphysics等）进行模拟，这些工具内置了复杂的物理模型，能更准确地预测换热器性能。

由于涉及到的计算较为复杂且依赖具体数据，这里无法直接提供完整的代码或详细计算结果。但以上指导思路应当能为你的计算提供一个清晰的框架。如果有具体数值或需要进一步的数学表达式，建议直接应用工程热力学和流体力学的基本原理及相应的计算方法。