摘要： 针对暖通专业设计人员在通用的表面冷却器水阻力计算公式忽略肋管长度对阻力的影响这一问题,探讨了旧表面冷却器水阻力的估算公式,以期更进一步的完善。

关键词： 空调器 表面冷却器 水阻力

现行按新表冷器实测数据决定表冷器水阻力经验公式的方法不能反映实际运行的旧表冷器水阻力,建议测定旧表冷器的水阻力,从而提出旧表冷器水阻力的估算公式。

表面冷却器的水阻力,对于选择调节阀和决定循环水泵扬程是一个重要的因素。选择调节阀时要决定阀权度,即决定阀门阻力与系统总阻力的比值。如果表冷器的实际阻力与原来计算的不符,则实际的阀权度偏离计算的阀权度,对自动控制系统有一定影响,偏离严重时可能导致自动控制系统不稳定。

表冷器的水阻力包括:肋管的沿程阻力、肋管间的弯头阻力和出入口的阻力。目前我国通用的表冷器水阻力计算公式的形式是：

ΔP = BωS•N (1)

式中:ΔP ———表冷器水阻力;

ω———肋管内水速;

B , S ———由试验得到的系数和指数;

N ———表冷器的水程数。

这个公式忽略肋管长度的影响,认为不同长度肋管的水阻力差别很小,在总阻力中可以忽略。这个问题可以用Φ•A•舍维列夫公式检查。计算新钢管沿程阻力的公式为：

ΔPa =0. 015 9ιd1. 226 (1 +0. 684ω ) 0. 226•ω22 g (3)

旧钢管的沿程阻力,当ω< 1. 2 m/ s 时,即:

ΔPa =0. 000 912ω2dj1. 3 (1 +0. 867ω ) 0. 3ι (4)

当ω≥1. 2 m/ s 时,

ΔPa =0. 001 07ω2dj1. 3 ι (4)

式中:ΔPa ———沿程阻力,mH2O ;

d ———肋管内径,m;

dj ———肋管计算内径,m;

ω———肋管内水速,m/ s ;

ι———肋管有效长度,m;

g ———重力加速度,m/ s2 。

为了便于计算,要对以上公式进行简化。以g = 9. 8 m/ s2 代入(2) 式,并将肋管内径单位换为mm ,当ω= 1 m/ s 时,得

ΔPa = 4. 35ιd1. 226 (5)

假定(2) 式可以简化为:

ΔPa = 4. 35ιωSd1. 226 (6)

通常表冷器肋管计算水速为0. 6 m/ s < ω< 1. 8 m/ s。设(6)式在ω1 = 0. 8 m/ s 与ω2 = 1. 4 m/ s 时与(2) 式结果相同,可以分别解得S1 = 1. 902 与S2 = 1. 917。近似地取S = 1. 9 ,得:

ΔPa = 4. 35ιω1. 9d1. 226 (7)

即为计算新表冷器肋管沿程阻力的公式。同样, (3) 式中的dj 单位换为mm ,使ω= 0. 8 m/ s 与ω =1 m/ s 逼近,可得ω< 1. 2 m/ s 时的旧表冷器肋管沿程阻力计算公式:

ΔPa = 8. 73ιω1. 85dj1. 3 (8)

(4) 式中的dj 的单位换为mm 得ω≥1. 2 m/ s 时的旧表冷器肋管沿程阻力计算公式:

ΔPa = 8. 50ιω2dj1. 3 (9)

现在试用(7) 式, (8) 式, (9) 式来检查新旧表冷器不同肋管长度的沿程阻力。以GL 型表冷器为便,钢肋管内径d = 14 mm ,设管内水速ω= 1 m/ s ,试比较肋管有效长度分别为0. 6 m ,1. 2 m和3 m 的新、旧管沿程阻力。由(7) 式, (8) 式, (9) 式得:

新管长0. 6 m ,ΔPa1 = 0. 103 mH2O ,

长1. 2 m ,ΔPa2 = 0. 205 mH2O ,

长3 m ,ΔPa3 = 0. 513 mH2O ,

旧管长0. 6 m ,ΔP′a1 = 0. 187 mH2O ,

长1. 2 m ,ΔP′a2 = 0. 373 mH2O ,

长3 m ,ΔP′a3 = 0. 933 mH2O。

这里旧管的沿程阻力比新管大82 %。由于新管的沿程阻力较小,在肋管长度变化不大时,阻力变化很小,可以忽略。当新管长度变化较大时,或者对于旧管,情况就不是这样,必须考虑不同长度的影响。如上例中,旧管3 m 长和1. 2 m 长的沿程阻力差为ΔP′a3 - ΔP′a2 = 0. 56 mH2O ,不能忽略。目前GL 型单水程表冷器的总水阻力(包括沿程阻力) 计算公式,根据参考文献[ 2 ] ,是ΔP = 1. 1ω1. 854 ,可算得上例总水阻力ΔP = 1. 1 mH2O。但是旧管不同长度的沿程阻力之差有的达到0. 746 mH2O ,这就说明ΔP =1. 1ω1. 854这个公式不考虑不同管长的影响是有问题的。

日本《空气调和•卫生工学便觉》中计算表冷器水阻力就考虑了肋管的不同长度。国内目前一般认为旧表冷器的水阻力是新表冷器的1. 2 倍,这个数字根据不足。上例中的沿程阻力,旧管是新管的1. 8 倍。因此,应该由旧表冷器的水阻力计算公式,获得了新旧表冷器水

阻力的关系,这样才能反映实际运行时的阻力。现提出一个包括三部分水阻力的钢制旧表冷器水阻力估算公式:

ΔP ≤[8. 73 Nι( d - 1) 1. 3 + 0. 204 ( N - 1) + 1. 15 ]ωS (10)

式中: N ———表冷器水程数,其余符号同前;

d ———以mm 为单位;

ι———以m 为单位。当ω < 1. 2 m/ s 时, S = 1. 85 ,ω ≥1. 2 m/ s 时, S = 2 。

这个公式的第一部分沿程阻力是把Φ•A•舍维列夫公式按表冷器使用情况0. 6 m/ s <ω< 1. 8 m/ s 简化而得;第二部分弯头阻力按旧管急弯双弯头,考虑表冷器肋管弯头是两头焊接,取局部阻力系数ζ= 4 ;第三部分出入口阻力,是根据个别表冷器实测阻力,减掉沿程阻力后估算出入口阻力得到的。这个估算公式是偏大的。对于铜肋管和铝肋管表冷器,这个公式也偏保守。期待有更多的实测数据来改进计算公式,更期待着出现实测旧表冷器后得到的水阻力计算公式。

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