空冷器是一種較為小型的冷卻設備，可以自由地在室內和室外使用，相比較冷卻塔而言可以說是一種小型的冷卻塔，不過所采用的冷卻介質為空氣，這就降低了很大的運行成本，同時也對環境的影響程度有所下降，下面是一臺空冷器設備的作用及原理設計過程，僅供參考。
一、空冷器設計方案
冷卻水經過發動機的冷卻系統升溫后，流入空冷器進行冷卻，再進入發動機的冷卻系統進行循環冷卻。
二、空冷器熱力計算
發動機有效功率(由題) 25kW
發動機單位時間散熱量Q=25/30%*60%=50kW
由熱平衡方程式得Q=M水c水(T1-T2)，解得M水=0.60kg/s
1、原始數據
熱水進口溫度(給出) T1 =90℃
熱水出口溫度(給出) T2 =70℃
空氣設計溫度(取濟南市夏季平均每年不保證五天的日平均氣溫)t1 =33.8℃
估算空氣出口溫度t2=50℃水流量M水=0.60kg/s
2、流體的物性參數
水的定性溫度Tm1=(T1+T2)/2=(90+70)/2=80℃
水的比熱(查物性表) c1= 4.195 kJ/(kg﹒℃)
水的密度(查物性表) ρ1= 971.8kg/m3
水的導熱系數(查物性表) λ1=0.675 W/(m﹒℃)
水的粘度μ1=356.5×10-6kg/(m*s)
水的普蘭德數Pr1=μ1 c1/λ1=356.5×10-6×4195/0.675=2.22
空氣的定性溫度tm2=(tm1+tm2)/2=41.9℃
空氣的比熱(查物性表) c2=1.03 KJ/(kg·℃)
空氣的密度(查物性表) ρ2=1.12 kg/m3空氣的導熱系數(查物性表) λ2=2.769×10-2 W/(m﹒℃)
空氣的黏度μ2=19.2×10-6 kg/(m*s
空氣的普蘭德數Pr2=μ2 c2/λ2=0.699
3、傳熱量及平均溫差
熱損失系數(取用)ηL=0.98
傳熱量Q1=QηL=50×0.98=49kW
空氣流量M2= Q1/ c2(t2 -t1)=45/1.03×(50-33.8)=2.70kg/s
逆流時對數平均溫差Δt1m=(Δtmax-Δtmin)/ln(Δtmax/Δtmin)=18.01
參數P=(T1-T2)/(T1-t1)=(90-70)/(90-33.8)=0.302
參數R=(t2-t1)/( T1- T2)=(50-33.8)/(90-70)=0.81
溫差修正系數(由兩種流體中只有一種流體有橫向混合的錯流式熱交換器公式計算)ψ=0.978
有效平均溫差Δtm=ψΔt1m=0.978×18.01=17.61℃
4、估算傳熱面積及傳熱面結構
水流速(初步估計)w1=0.5m/s
空氣流速(初選) w2=1 m/s
管子材料及規格: 選用碳鋼無縫鋼管φ19×2
鋼管導熱系數k=46.52W/(m*℃)
選定壁溫T=(80+41.9)/2=61℃
查物性表得在此溫度下的水的粘度μ1′=463.5×10-6kg/(m*s)
水側換熱系數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﹒℃)
空氣側換熱系數h2求解：
h2=412 w20.718=412×10.718=412 W/(m2﹒℃)
傳熱系數1/K=1/h1+δ/k+1/h2 解得 K=376.5W/(m2﹒℃)
估算傳熱面積F= Q1/KΔtm=49000/(376.5×17.61)=7.4m2
管程所需流通截面積At=M1/ρ1 w1 =0.6/(971.8×0.5)=0.00123 m2
按單程計算每程管數n=4At/πd2=4×0.00123/(3.14×0.0192)=4.34 取n=5
每根管長L=F/nZtπd=7.4/5×4π×0.019=6.2m 取L=6m
取傳熱管長l=3m，則管程數為Np=L/l=6/3=2
傳熱管總根數N=5×2=10(根)
管子排列方式選等邊三角形
由以上參數的詳細計算，可以準確得出所設計空冷器設備在運行中最貼近實際情況的風量和換熱效率，空冷器的工作原理。
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