换热器计算器
蒸汽盘管计算器
评估蒸汽空气加热盘管或按目标负荷选择排数，正确理解压力、蒸汽与凝结水，并了解排水及回路限制。
修订日期
1. 计算范围
打开 /steam，计算蒸汽在翅片管内部凝结时对空气的加热。入口模型假定为干饱和蒸汽，不提供入口干度、过热计算或可选择的内置分配管（套管）结构模型。防冻提示中建议使用此类设备，并不表示软件已对该结构建模。
空气加热时含湿量不变；随着温度升高，相对湿度通常下降。本计算不是蒸汽喷射、加湿或空气侧除湿。蒸汽耗量由热负荷计算得到，并非独立输入的受控供汽流量。
2. 校核与选排流程
- 先设置单位偏好，再输入空气、蒸汽、实际几何及回路参数。使用模板时逐项确认其默认值。
- 选择 RATING 校核已输入排数。Design capacity (manifold sizing) 仅提供集管初步选径所用的设计流量依据，不会强制盘管计算负荷等于该值。
- 选择 SIZING 并输入正的目标负荷。求解器依次尝试 1–4 排，选择达到目标、收敛且满足蒸汽饱和温降检查的最少排数。
- 若没有合格排数，将返回四排结果并设置 targetMet=false。有数值结果并不表示目标已达到。结果数据提供时，应查看 selectedRows 和选排说明。
- SIZING 不是完整的几何或回路优化。将建议排数填回表单，重新检查回路路径和集管，再用实际几何运行 RATING，之后才保存或导出。修改输入后须重新计算；保存的结果只有在计算输入签名匹配时才会恢复。
3. 表压与绝对压力
P_steam_kPa 接收以 kPa 表示的正表压，即使界面显示其他压力单位也是如此。应用会先将所选单位换算为 Pa，再除以 1000 填入此字段。不要将绝对压力填入表压输入框。
求解器使用 P_abs_kPa = P_steam_kPa + air.P_Pa / 1000。界面通过海拔确定当地大气压。不要始终加上海平面常数：海拔同时影响蒸汽饱和状态与空气物性。
共用饱和物性表覆盖 20–2000 kPa 绝对压力，采用 CoolProp 7.2.0 HEOS/IAPWS-95 数据插值。求解器要求入口绝对压力大于 20 且不超过 2000 kPa，入口饱和温度高于进风温度 1 K 以上。物性表范围不代表盘管允许工作压力。
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P_abs_kPa = P_steam_kPa + air.P_Pa / 1000
P_steam_kPa = P_abs_kPa - air.P_Pa / 10004. 输入、单位与校准
表单提供 1–4 排、plain/wavy/louver 翅片、每排 1–100 根管和 1–20 个回路。这些是界面限制，不是通用工程设计极限。请求模式还要求尺寸为正，排数/回路数/流程数为正整数，相对湿度在 0–1，freeAreaRatio 在 0.1–0.9。
翅片有效高度为 N × 横向管间距。实际管数决定换热面积，壳体边距不能当作额外有效管。翅片厚度和 freeAreaRatio 保存在输入数据中，尽管本表单没有相应专用控件。应检查导入数据，不要认为所有保留参数都显示在界面上。
默认 C_air=1、C_steam=1、f_fouling=0.90、f_noncondensables=0.95 只是初始假设，并非验证。求解器将折减乘积限制在 0.25–1。校准修改应有记录依据，不应用来掩盖不合适的回路。
| 输入 | 含义与单位 |
|---|---|
| 空气 | 体积流量使用所选单位（请求字段为 m³/s）；干球温度内部为 °C；相对湿度显示为 %、传输为 0–1；海拔内部为 m；air.P_Pa 为以 Pa 表示的绝对大气压。 |
| 蒸汽 | 表压；controlType 为 modulating 或 on_off；凝结水过冷度必须非负，属于温差（内部为 K）；功率内部为 W。控制类型不模拟阀门动态或部分负荷排水。 |
| 几何 | 管型提供外径、壁厚和管间距；选择管/翅片材料、每排管数、管长/宽度、排数、翅片密度及类型。长度转换为 m；fpi 仍为每英寸翅片数。 |
| 校准 | C_air 和 C_steam 为换热关联式乘数。f_fouling 与 f_noncondensables 是无量纲 UA 折减乘数，不是 m²·K/W 污垢热阻，也不是计算得到的气体浓度。 |
5. 回路、供汽与凝结水回流
在二维/回路工具中检查统一的回路图：管数、回路数、同侧或异侧连接、集管侧及起始位置必须形成有效路径。均衡回路要求每排管数可被回路数整除。连接侧奇偶性取决于每个回路的全部管程，包括排数。无效网络会阻止计算。
提供回路图时，求解器采用其控制路径长度和回弯数量。passes 字段本身不会额外生成独立管程；串联长度由每回路管数及图结构决定。长蛇形回路会增加压降和积水风险，每回路串联超过两根管时会给出提示。
直通路径或短 U 形结构仍须核实实际坡度、安装方向及重力排水路线。图结构有效不等于排水已验证。增加回路可降低蒸汽速度和压降，但必须同时满足管数分配和连接侧设置。
集管初步选径对入口蒸汽和出口凝结水采用不同密度。即使在 RATING 中，设计负荷字段仍决定这一流量依据，与计算耗汽量相互独立。凝结水出口低流速不自动视为故障，因为预期采用重力排水。当前蒸汽计算器建立单系统网络，并非多个独立蒸汽系统的求解器。
6. 综合解读结果
- Q_total_W、出风温度、空气温升、迎面风速和空气压降共同描述换热与风机工况。注意界面单位；原始功率为 W，空气压降为 Pa。
- T_sat_C 为入口饱和温度。负荷使用回路平均压力下的有效饱和状态；T_condensate_C 为出口饱和温度减去输入过冷度。这些温度不是同一位置的温度。
- mdot_steam_kg_s 和 mdot_steam_kg_h 是同一耗汽量的两种单位。能量模型采用 h_fg + cp_f × 过冷度。过冷段面积未单独建模，因此提高该输入并不能证明实际盘管存在足够的过冷段。
- 空气与蒸汽换热系数、总传热系数 U、翅片效率及表面效率可用于比较方案；HTC 和 U 内部单位为 W/(m²·K)。非平翅片采用空气侧经验增强系数，并非独立且完全验证的翅片模型。
- 结果数据还可包含控制回路蒸汽压降（kPa）、入口蒸汽速度（m/s）、饱和温降（K）、UA、NTU、逐排分布及能量平衡误差。主要结果面板不显示全部原始字段；请结合求解器说明和可用技术输出，不要把未显示字段理解为零。
7. 压降与选型诊断
饱和温降超过 2 K，或出口压力降至表格下限，会触发 pressureDropLimited。可用压力耗尽时，显示负荷只是最低表列压力下的下限估计，收敛标记为 false。不可将其视为可用选型；应检查内径、回路数和路径长度。
蒸汽速度超过 40 m/s、进风低于 2 °C、超过两排、表压过低或过高、空气压降过大及出风接近蒸汽温度等会产生提示。这些阈值属于求解器诊断，不是安全认证，也不是适用于所有安装的强制限值。
物性范围报错时，先检查表压/绝压及海拔。回路无效时，先修正管数分配和连接奇偶性。SIZING 未达到目标时，应检查迎风面积、翅片密度和供汽条件，再次核实压降，不要盲目加排。
模型耦合压降与饱和温度，逐排计算，并采用 Chato 重力凝结和 Shah 剪切凝结两种系数中的较大值。较小的能量平衡误差只说明内部数值一致，不代表独立实验精度。
8. 疏水阀估计、防冻与外部检查
界面中的 Trap 来自 steamTrapCapacity_kg_h：求解器将计算耗汽量乘以固定系数 2.5。这只是软件初步估计，不是疏水阀选型规则，也不是按该流量采购的指令。实际选型应考虑可用压差、回水背压、启动负荷、控制特性及供应商曲线。
凝结水静压头和供汽/回水组件初步压降不能解决整个安装系统。疏水阀排放、外部回水管、提升高度、排气、真空、水锤、瞬态积水及防冻保护均未完整建模。选择控制类型并不能解决这些问题。
低温进风应用应单独审核排水、保护和运行顺序。防冻提示不保证 ExCoil 已设计内置分配管、真空破坏器或控制方案。计算成功不会自动确定坡度、疏水阀规格、压力认证或制造放行。
9. 保存、报告与制造权限
所有套餐使用相同蒸汽计算引擎。Free 不含保存或导出。Professional 增加项目保存、性能报告/数据导出及简单二维总览。Enterprise 增加三维总览、批量计算及 REST；Manufacturer 增加制造细节/文件及 MCP。
按权限使用计算、结果、二维图、三维、生产、报告、文件及成本面板。集管/制造详图及生产 CAD 仅限 Manufacturer；简单尺寸图不是制造批准。面板还取决于所需数据是否存在。
Full Report 章节取决于套餐与实际数据：Professional 包含性能/简单尺寸；Enterprise 可增加成本；Manufacturer 可包含装配、回路、集管、成本和制造。请求章节不会自动生成缺失数据。成本是估算而非供应商报价；PDF 不会将 STEP/DXF 作为 CAD 文件嵌入。