浅析真空炉换热器传热计算方法

王兵

摘要：真空炉指的是炉腔这一特定空间内利用真空系统将炉腔内部物质排出，让炉腔内压强小于一个标准大气压，让炉腔内空间保持真空状态，进而达到更高使用效能。真空炉使用效能重要呈现方式之一则是换热器传热效果的显著展示，通过真空炉换热器传热计算方法的研究，能够让真空炉的使用效能不断加强，实现真空炉作用的体现。本文就真空炉换热器传热计算方法进行研究，以供参考。

关键词：真空炉;换热器;传热计算

引言：依照当前真空炉使用实际情况来看，充满低于大气压的特定空间被称为真空，将一般热处理的加热、保温等过程放置于负压的气氛之中，则被称之为真空热处理。真空炉进行真空热处理具有无脱碳、无氧化、表面质量好等特点，是实现无公害、绿色化、自动化工业发展的重要推动因素。热加工生产中，传统的热处理和真空技术结合发展，构成了当前先进的真空热处理技术，实现了热处理设备的优化。通过换热器传热计算方法的研究，能够让真空炉的热处理效果更为显著，能够让真空爐的使用价值得以呈现，为更好进行真空炉的设计和应用提供辅助和基础。

一、真空炉热处理的重要性

真空炉热处理方面相比较燃煤热水锅炉等其他炉子来说具有更多优点，首先，真空炉热处理过程中采用负压运行，使用过程中更具可靠性，加上多种安全保护措施的应用都让真空炉的安全性能得以提升。其次，真空炉热处理过程中炉内不会结构，炉内处于真空无氧状态，这都让真空炉的使用寿命更长。第三，真空炉具有较为紧凑的结构，占有面积较小，极大地实现了使用空间的拓展。第四，真空炉采用铜管换热，这都让热水更加清洁卫生。第五，真空炉进行热处理过程中，均是采用微电脑自动化控制，这都让热处理的自动化程度更高。第六，真空炉进行热处理更加节能环保。

二、真空炉换热器传热计算方法

真空热水锅炉的换热过程主要包括四个环节，即燃料燃烧——中间——介质

（水）沸腾汽化——中间介质（水）冷凝——换热管。为了更好对此传热过程中的计算方法予以深入考究，可以假定以下条件成立：第一，热煤水汽化成水蒸气脱离液面时，水蒸气的温度保持不变，处于衡定状态。第二，换热管管外水蒸气冷凝形成液膜，液膜与换热管的温度均保持不变，处于恒定状态。这样再进行传热计算时候，一旦换热管管材确定，则可以通过设计手册查询得出其导热系数。最为关键的是，凝结换热和对流换热过程中传热系数能够予以计算，如下则可以就换热管凝结换热和对流换热过程中的传热计算方法进行分析。

1. 换热管外壁与水蒸汽的凝结换热

换热管外壁，水蒸气在换热管的外壁会形成液膜，这时则会发生凝结换热。假设水蒸气为℃，液膜与换热管外壁的温度相同，均为℃，则可以通过公式1求算液膜平均温度，平均温度为℃。

公式1：

依照液膜平均温度，就可以查询饱和水的热物理性质表，这时可以得出液膜平均温度下的饱和水密度，即，水蒸气发生气化潜热值为，动力粘度为，导热系数为，结合努塞尔理论，则可以计算水平圆管表面上层流膜状凝结状态下，冷凝给热速度，其公式2为：

如湍流状态下冷凝准数方程发生变形，冷凝给热速度计算公式如公式3所示：

液膜中水的层、紊流判据为雷诺数，则可以通过公式4进行计算：

之后再对前假设进行验证，如验证的水流状态与假设相符，则计算结束，否则则需要重新选择公式进行计算。

2. 换热管内壁与水的对流换热

换热管内的水同样会进行传热，外部有热水循环泵，这样换热管则形成强制循环系统，管内层流同样可能存在湍流状态，这同样需要进行计算才能够确定。换热管内壁与水的对流换热，首先需要计算管内水的平均温度，即，其公式我们可以命名为公式5：

依照温度，可以就饱和水的热物理性质表予以查询，并了解到换热管内平均温度下的饱和水密度，动力黏度，导热系数，定压比热容，运动黏度和布朗特准数

这样则计算雷诺数可以管内水流流型公式运用，即公式6：

如雷诺数>10000，那么换热管中的水流为湍流，如2300<雷诺数<10000，那么换热管中的水流则为过度流，如雷诺数<2300，则为层流。

层流情况下，换热器传热计算可以采用公式7：

过渡流情况下，换热器传热计算可以采用公式8：

湍流情况下，换热器传热计算可以采用公式9：

3. 换热管总换热面积

换热管内水与换热管外蒸汽同样会发生换热，真空炉在经过一段时间运行之后，内壁可能产生结构，在进行真空炉设计和使用时，同样需要对这种情况予以考虑，真空炉内壁一旦结垢，换热系数则可以依照公式10进行计算：

结合此公式及总的换热系数 ，就可以计算出换热管换热面积，如公式11：

三、结束语

时代的发展和进步都让真空炉的应用范围越来越广泛，并在热处理方面更具效能，不仅让真空炉的作用得以体现，而且实现水资源质量改善，达到了更好的节能环保效果。相关人员更加需要对真空炉换热器传热计算方法予以深入研究，探索真空炉热处理的更好方式，为真空炉的更好应用提供助力，让真空炉的使用为人们生活质量改善提供辅助，让真空炉得以更好设计和完善。

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