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空氣加熱器的結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)化思路
熱空氣是很多化工、熱工試驗(yàn)場合及生產(chǎn)過程中的常用介質(zhì)，電加熱器由于加熱初期投資少、清潔衛(wèi)生、使用方便、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)受到青睞。
空氣電加熱器的原理:當(dāng)空氣流過電爐絲壁表面和陶瓷套管內(nèi)壁面形成的通道時(shí)，就和電爐絲壁表面、陶瓷套管內(nèi)壁面以對流換熱的方式進(jìn)行熱交換?？諝鈱㈦姞t絲發(fā)出的熱量帶走，從而得以加熱，同時(shí)電爐絲壁表面與陶瓷套管內(nèi)避面之間進(jìn)行輻射換熱，大部分通過與空氣以對流換熱方式把熱量傳給空氣，另一小部分熱量通過陶瓷套管與外殼體及保溫材料的導(dǎo)熱散入環(huán)境，形成一定的熱損失。
在使用中，要求電加熱器傳熱性能好，空氣出口溫度高，升溫時(shí)間短，效率高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，電爐絲工作壽命長，絕緣性能好，工作安全可靠等。根據(jù)使用要求及現(xiàn)場場地的限制，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上作如下考慮∶
1. 電加熱器分成兩級(jí)串聯(lián)。這有兩個(gè)好處，一是橫斷面尺寸小，占地面積??；二是在低功率運(yùn)行時(shí)，可用調(diào)壓變壓器降低第二級(jí)功率，以降低第二級(jí)電爐絲壁面溫度，延長電爐絲使用壽命。
2. 采用鎳鉻電爐絲而不用碳棒作為電熱元件。這樣使電加熱器結(jié)構(gòu)緊湊且又能承受內(nèi)壓。
3. 每級(jí)電加熱器電爐絲分成三組，采用三相Y形接法，每組電爐絲繞在圓柱螺旋槽陶瓷管上，外加一同軸陶瓷套管，使氣流形成環(huán)形縫隙通道。
4.由于該電加熱器出口空氣溫度高（600℃），又要求承受內(nèi)壓（2×105Pa），故接線柱結(jié)構(gòu)采用鋼管內(nèi)襯陶瓷套管，兩端用云母墊片密封的結(jié)構(gòu)。
5.為便于安裝檢修，又要占地面積小，故采用立式布置。
空氣電加熱器的傳熱性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)有關(guān)，應(yīng)根據(jù)不同的使用要求來選取合適的參數(shù)并作優(yōu)化分析；空氣為雙原子氣體，基本上不吸收輻射熱，只有通過與熱壁對流換熱取得熱量。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高對流換熱率；由于受器材規(guī)格的限制，目前雷諾數(shù)仍偏低（3000-5000），如將結(jié)構(gòu)再改進(jìn)一下，將雷諾數(shù)提高到10000以上（強(qiáng)烈紊流區(qū)），則空氣出口溫度還能進(jìn)一步提高，效率也能提高。
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