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流体耦合间接式热交换器内传热

液体耦合间接式热交换器系统(下图所示)由两台间壁式换热器组成,它们通过某种传热介质(如水或液态金属)的循环耦合在一起。主要优点如下:(1)因为热流体流动面不直接与冷流体流动面耦合,热交换器形体设计比较方便,特别是如果两种流体流 动密度不均衡性高达6 : 1,例如燃气轮机回热器;(2)如果冷热流体都是气体,由于气体输送简单,液体耦合一般将便于更紧凑的机 械布置。

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不足之处在于:(1)较大的总传热面积,对燃气轮机回热器而言,传热面积增加10%—20%,(2)耦合液体回路的附加复杂性;(3)缺乏能普遍使用的传热介质。

London和Kays[10]将运行线-平衡线表示法应用于冷侧装置 (tl,tc)、热侧装置(th,tl)和总的运行性能(th,tl)和(全部在同一平面 上),基于所得的合成解结果,提出了液体耦合间接式热交换器的理论。结果如下:


20141230135372527252[1].png

 
在这些表达式中,e是从热流体传递给冷流体的总有效度,ec和eh分别是冷侧和热测热交换器的分有效度。_
对于特殊情况Ch=Cr=C(燃气轮机回热器的近似),上述方程可简化为两个:


20141230135328552855[1].png

如果Cl=Ct=Ch=C,则有下面的关系:

20141230135392579257[1].png

应当注意,方程中的总有效度和分有效度是根据最小热容量速率流体的温度变化定义的(本文均是如此)作为例子,如果Cz>CA>Cf,则

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最佳运行条件

前面提到的关系式可作为优化耦合流体速度和冷侧与热侧装置间传热面枳分配的设计准则。对于Ch=Ct=C,可得下述准则:

(1)耦合液体匕应当在相当窄的范围0.95
(2)传热面积分配应当在相当宽的范围。


如果冷侧换热面比热侧换热面便宜,两侧换热面设计不平衡,取值偏向右侧。如果机械安装要求减小冷侧装置体积,设计可以是不平衡的,取值偏向左侧,对性能并无多大影响。






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