586 壳管型微通道气液热换器-模拟分析与设计软件

基本结构

壳管型微通道气液热换器基本结构如下图。

图中，溶液在管内流动，气体在管外流动，气体通常与溶液逆向流动。

软件方程

溶液在管内流动及换热方程、气体在管外的换热及流动方程等可参考“热泵技术手册”或“冷热平台”前面的文章（如“冷热平台”中“湿空气对流换热计算示例”，2019-9-22）等。

基础版本软件中所用管为聚丙烯管，溶液在管内被加热；气体为空气，空气在管外被冷却，暂未考虑冷却过程中可能存在的空气中水蒸气冷凝对换热和流动的影响，后续专文介绍基于较高温湿度空气冷却放热的壳管型微通道换热器。

编制软件时对换热器进行了一些简化处理，如：

管为圆管且直径均一。

溶液在管内采用集总参数处理。

气体在管外采用集总参数处理。

换热器处于稳定运行状态且无热损失。

软件界面

软件界面如下图。

上部为12个输入参数，底部为13个输出参数，中间是计算按钮。

12个输入参数分别为：

管内直径，通常取0.5~5.0mm；

管长，通常取30~1500mm；

管数，通常取20~1000根；

溶液在各管内流量分配均匀性系数，通常取0.5~1.0（各管理想均匀分配时取1.0）；

管弯曲系数，通常取0.0~0.9（理想直管时取0.0）；

壳体内直径，通常取20~200mm；

溶液流量，通常取2.0~200g/s（通常使管内流速不大于1.0m/s）；

溶液进换热器温度，通常取40~70℃；

溶液质量浓度（软件中所用溶液为溴化锂水溶液），通常取0.4~0.5；

气体流量，通常取0.3~30g/s（通常使管外气体流速不大于1.0m/s）；

气体进换热器温度，通常取60~120℃；

气体在壳体内流动均匀性系数，通常取0.5~1.0（理想均匀流动时取1.0）；

13个输出参数分别为：

溶液出换热器温度，℃；

溶液在换热器内平均温度，℃；

气体出换热器温度，℃；

气体在换热器内平均温度，℃；

换热器传热量，W；

溶液侧传热热阻，℃/W；

管壁传热热阻，℃/W；

气体侧传热热阻，℃/W；

管内表面总面积，m²；

溶液在管内流速，m/s；

气体在管外流速，m/s；

溶液在管内流动压降，Pa；

气体在管外流动压降，Pa。

软件应用方法

在输入参数框内输入合理数值，点击计算按钮，即可得出上述输入参数下换热器的13个状态参数和性能参数，如下图。

通过调整12个输入参数值，可掌握各输入参数对换热器性能和状态参数的影响规律，为优化设计提供参考。

实际应用时，可根据设计要求，如溶液进出换热器温度、气体进出换热器温度、换热面积等，调整各输入参数得到满足要求的换热器（可得出多种设计方案进行优选，也可在软件内自动搜索优化设计方案）。

此外，当溶液或气体进出换热器参数变化较大，或管较长时，可采用分段计算，有助于提高计算精度。