空冷器是一种较为小型的冷却设备，可以自由地在室内和室外使用，相比较冷却塔而言可以说是一种小型的冷却塔，不过所采用的冷却介质为空气，这就降低了很大的运行成本，同时也对环境的影响程度有所下降，下面是一台空冷器设备的作用及原理设计过程，仅供参考。
一、空冷器设计方案
冷却水经过发动机的冷却系统升温后，流入空冷器进行冷却，再进入发动机的冷却系统进行循环冷却。
二、空冷器热力计算
发动机有效功率(由题) 25kW
发动机单位时间散热量Q=25/30%*60%=50kW
由热平衡方程式得Q=M水c水(T1-T2)，解得M水=0.60kg/s
1、原始数据
热水进口温度(给出) T1 =90℃
热水出口温度(给出) T2 =70℃
空气设计温度(取济南市夏季平均每年不保证五天的日平均气温)t1 =33.8℃
估算空气出口温度t2=50℃水流量M水=0.60kg/s
2、流体的物性参数
水的定性温度Tm1=(T1+T2)/2=(90+70)/2=80℃
水的比热(查物性表) c1= 4.195 kJ/(kg﹒℃)
水的密度(查物性表) ρ1= 971.8kg/m³
水的导热系数(查物性表) λ1=0.675 W/(m﹒℃)
水的粘度μ1=356.5×10-6kg/(m*s)
水的普兰德数Pr1=μ1 c1/λ1=356.5×10-6×4195/0.675=2.22
空气的定性温度tm2=(tm1+tm2)/2=41.9℃
空气的比热(查物性表) c2=1.03 KJ/(kg·℃)
空气的密度(查物性表) ρ2=1.12 kg/m³空气的导热系数(查物性表) λ2=2.769×10-2 W/(m﹒℃)
空气的黏度μ2=19.2×10-6 kg/(m*s
空气的普兰德数Pr2=μ2 c2/λ2=0.699
3、传热量及平均温差
热损失系数(取用)ηL=0.98
传热量Q1=QηL=50×0.98=49kW
空气流量M2= Q1/ c2(t2 -t1)=45/1.03×(50-33.8)=2.70kg/s
逆流时对数平均温差Δt1m=(Δtmax-Δtmin)/ln(Δtmax/Δtmin)=18.01
参数P=(T1-T2)/(T1-t1)=(90-70)/(90-33.8)=0.302
参数R=(t2-t1)/( T1- T2)=(50-33.8)/(90-70)=0.81
温差修正系数(由两种流体中只有一种流体有横向混合的错流式热交换器公式计算)ψ=0.978
有效平均温差Δtm=ψΔt1m=0.978×18.01=17.61℃
4、估算传热面积及传热面结构
水流速(初步估计)w1=0.5m/s
空气流速(初选) w2=1 m/s
管子材料及规格: 选用碳钢无缝钢管φ19×2
钢管导热系数k=46.52W/(m*℃)
选定壁温T=(80+41.9)/2=61℃
查物性表得在此温度下的水的粘度μ1′=463.5×10-6kg/(m*s)
水侧换热系数h1求解：
Re=ρ1w1d/μ1=971.8×0.5×0.019/0.0003565=25896.5
Nu=0.027Re0.8Pr0.3(μ1′/μT)0.14
=0.027×25896.50.8×2.220.3×(463.5/356.5)0.14=151.3
h1=Nuλ1/d=151.3×0.675/0.019=5375.1 W/(m2﹒℃)
空气侧换热系数h2求解：
h2=412 w20.718=412×10.718=412 W/(m2﹒℃)
传热系数1/K=1/h1+δ/k+1/h2 解得 K=376.5W/(m2﹒℃)
估算传热面积F= Q1/KΔtm=49000/(376.5×17.61)=7.4m²
管程所需流通截面积At=M1/ρ1 w1 =0.6/(971.8×0.5)=0.00123 m²
按单程计算每程管数n=4At/πd²=4×0.00123/(3.14×0.019²)=4.34 取n=5
每根管长L=F/nZtπd=7.4/5×4π×0.019=6.2m 取L=6m
取传热管长l=3m，则管程数为Np=L/l=6/3=2
传热管总根数N=5×2=10(根)
管子排列方式选等边三角形
由以上参数的详细计算，可以准确得出所设计空冷器设备在运行中最贴近实际情况的风量和换热效率，空冷器的工作原理。
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