淺析真空爐換熱器傳熱計算方法

王兵

摘要：真空爐指的是爐腔這一特定空間內(nèi)利用真空系統(tǒng)將爐腔內(nèi)部物質(zhì)排出，讓爐腔內(nèi)壓強(qiáng)小于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，讓爐腔內(nèi)空間保持真空狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到更高使用效能。真空爐使用效能重要呈現(xiàn)方式之一則是換熱器傳熱效果的顯著展示，通過真空爐換熱器傳熱計算方法的研究，能夠讓真空爐的使用效能不斷加強(qiáng)，實現(xiàn)真空爐作用的體現(xiàn)。本文就真空爐換熱器傳熱計算方法進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：真空爐;換熱器;傳熱計算

引言：依照當(dāng)前真空爐使用實際情況來看，充滿低于大氣壓的特定空間被稱為真空，將一般熱處理的加熱、保溫等過程放置于負(fù)壓的氣氛之中，則被稱之為真空熱處理。真空爐進(jìn)行真空熱處理具有無脫碳、無氧化、表面質(zhì)量好等特點，是實現(xiàn)無公害、綠色化、自動化工業(yè)發(fā)展的重要推動因素。熱加工生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的熱處理和真空技術(shù)結(jié)合發(fā)展，構(gòu)成了當(dāng)前先進(jìn)的真空熱處理技術(shù)，實現(xiàn)了熱處理設(shè)備的優(yōu)化。通過換熱器傳熱計算方法的研究，能夠讓真空爐的熱處理效果更為顯著，能夠讓真空爐的使用價值得以呈現(xiàn)，為更好進(jìn)行真空爐的設(shè)計和應(yīng)用提供輔助和基礎(chǔ)。

一、真空爐熱處理的重要性

真空爐熱處理方面相比較燃煤熱水鍋爐等其他爐子來說具有更多優(yōu)點，首先，真空爐熱處理過程中采用負(fù)壓運行，使用過程中更具可靠性，加上多種安全保護(hù)措施的應(yīng)用都讓真空爐的安全性能得以提升。其次，真空爐熱處理過程中爐內(nèi)不會結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)處于真空無氧狀態(tài)，這都讓真空爐的使用壽命更長。第三，真空爐具有較為緊湊的結(jié)構(gòu)，占有面積較小，極大地實現(xiàn)了使用空間的拓展。第四，真空爐采用銅管換熱，這都讓熱水更加清潔衛(wèi)生。第五，真空爐進(jìn)行熱處理過程中，均是采用微電腦自動化控制，這都讓熱處理的自動化程度更高。第六，真空爐進(jìn)行熱處理更加節(jié)能環(huán)保。

二、真空爐換熱器傳熱計算方法

真空熱水鍋爐的換熱過程主要包括四個環(huán)節(jié)，即燃料燃燒——中間——介質(zhì)

（水）沸騰汽化——中間介質(zhì)（水）冷凝——換熱管。為了更好對此傳熱過程中的計算方法予以深入考究，可以假定以下條件成立：第一，熱煤水汽化成水蒸氣脫離液面時，水蒸氣的溫度保持不變，處于衡定狀態(tài)。第二，換熱管管外水蒸氣冷凝形成液膜，液膜與換熱管的溫度均保持不變，處于恒定狀態(tài)。這樣再進(jìn)行傳熱計算時候，一旦換熱管管材確定，則可以通過設(shè)計手冊查詢得出其導(dǎo)熱系數(shù)。最為關(guān)鍵的是，凝結(jié)換熱和對流換熱過程中傳熱系數(shù)能夠予以計算，如下則可以就換熱管凝結(jié)換熱和對流換熱過程中的傳熱計算方法進(jìn)行分析。

1. 換熱管外壁與水蒸汽的凝結(jié)換熱

換熱管外壁，水蒸氣在換熱管的外壁會形成液膜，這時則會發(fā)生凝結(jié)換熱。假設(shè)水蒸氣為℃，液膜與換熱管外壁的溫度相同，均為℃，則可以通過公式1求算液膜平均溫度，平均溫度為℃。

公式1：

依照液膜平均溫度，就可以查詢飽和水的熱物理性質(zhì)表，這時可以得出液膜平均溫度下的飽和水密度，即，水蒸氣發(fā)生氣化潛熱值為，動力粘度為，導(dǎo)熱系數(shù)為，結(jié)合努塞爾理論，則可以計算水平圓管表面上層流膜狀凝結(jié)狀態(tài)下，冷凝給熱速度，其公式2為：

如湍流狀態(tài)下冷凝準(zhǔn)數(shù)方程發(fā)生變形，冷凝給熱速度計算公式如公式3所示：

液膜中水的層、紊流判據(jù)為雷諾數(shù)，則可以通過公式4進(jìn)行計算：

之后再對前假設(shè)進(jìn)行驗證，如驗證的水流狀態(tài)與假設(shè)相符，則計算結(jié)束，否則則需要重新選擇公式進(jìn)行計算。

2. 換熱管內(nèi)壁與水的對流換熱

換熱管內(nèi)的水同樣會進(jìn)行傳熱，外部有熱水循環(huán)泵，這樣換熱管則形成強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，管內(nèi)層流同樣可能存在湍流狀態(tài)，這同樣需要進(jìn)行計算才能夠確定。換熱管內(nèi)壁與水的對流換熱，首先需要計算管內(nèi)水的平均溫度，即，其公式我們可以命名為公式5：

依照溫度，可以就飽和水的熱物理性質(zhì)表予以查詢，并了解到換熱管內(nèi)平均溫度下的飽和水密度，動力黏度，導(dǎo)熱系數(shù)，定壓比熱容，運動黏度和布朗特準(zhǔn)數(shù)

這樣則計算雷諾數(shù)可以管內(nèi)水流流型公式運用，即公式6：

如雷諾數(shù)>10000，那么換熱管中的水流為湍流，如2300<雷諾數(shù)<10000，那么換熱管中的水流則為過度流，如雷諾數(shù)<2300，則為層流。

層流情況下，換熱器傳熱計算可以采用公式7：

過渡流情況下，換熱器傳熱計算可以采用公式8：

湍流情況下，換熱器傳熱計算可以采用公式9：

3. 換熱管總換熱面積

換熱管內(nèi)水與換熱管外蒸汽同樣會發(fā)生換熱，真空爐在經(jīng)過一段時間運行之后，內(nèi)壁可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行真空爐設(shè)計和使用時，同樣需要對這種情況予以考慮，真空爐內(nèi)壁一旦結(jié)垢，換熱系數(shù)則可以依照公式10進(jìn)行計算：

結(jié)合此公式及總的換熱系數(shù) ，就可以計算出換熱管換熱面積，如公式11：

三、結(jié)束語

時代的發(fā)展和進(jìn)步都讓真空爐的應(yīng)用范圍越來越廣泛，并在熱處理方面更具效能，不僅讓真空爐的作用得以體現(xiàn)，而且實現(xiàn)水資源質(zhì)量改善，達(dá)到了更好的節(jié)能環(huán)保效果。相關(guān)人員更加需要對真空爐換熱器傳熱計算方法予以深入研究，探索真空爐熱處理的更好方式，為真空爐的更好應(yīng)用提供助力，讓真空爐的使用為人們生活質(zhì)量改善提供輔助，讓真空爐得以更好設(shè)計和完善。

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