【正文】 收煙氣中的低溫余熱提高了熱效率，取得了較好的應用效果。太陽能的利用盡管受到地理、氣候、晝夜、 季節(jié)的限制，但它不影響地球大氣的熱量平衡，而且不消耗燃料，沒有污染，很有開發(fā)價值。 （ 2） ．余熱回收裝置的研究 工業(yè)余熱的利用潛力很大，對生產影響顯著，主要是： 1000℃左右的高溫熱量及其高壓能量的合理利用，這是石油化學工業(yè)的關鍵技術之一。 （ 4） ．強化傳熱管的研究 近年來國內外在采用強化傳熱管改進換熱器性能、提高傳熱效率、減少傳熱面積、 Ⅱ 降低設備投資等方面，取得了顯著的成績。 國 內 換熱器發(fā)展前景 在我國換熱器的制造技術遠落后于外國 ， 由于制造工藝和科學水平的限制 ， 早期的換熱器只能采用簡單的結構 ， 而且傳熱面積小、體積大和笨重 ， 如蛇管式換熱 器等。當今換熱器技術的發(fā)展以 CFD（ 計算流體力學技術 ） 、模型化技術、強化傳熱技術等形成一個高技術體系。 （ 2） 冷卻表面的粗糙化 粗糙表面可增加凝結液膜 的湍流度 ， 亦可強化凝結換熱。 2. 管內凝結換熱的強化 （ 1） 擴展表面法 采用內肋管是強化管內凝結的最有效的方法 ， 試驗表明 ， 其換熱系數(shù)比光管高20~40%。改變實踐證明 ， 在降低流體在殼程的阻力并保證流體在湍流狀態(tài)下流動 ， 這樣才能充分的提高介質的換熱系數(shù) ， 內翅片管、橫螺紋管、螺旋螺紋管都一樣 ， 不但可用于單相對流傳熱 ， 也可以有效的用于管內流動沸騰傳熱 （ 螺紋管在湍流時可使對流傳熱系數(shù)增加一倍多 ） 。對換熱器的基本要求是換熱器要滿足換熱要求 ， 即達到需求的換熱量和熱媒溫度 。因為換熱器故障率較低 ， 并且供暖為季節(jié)性負荷 ， 有足夠的檢修時間 ， 生活熱水系統(tǒng)暫停供熱也不會造成重大影響 ， 所以可不設備用換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器 ， 用于飛機發(fā)動機的散熱。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展 ， 其設備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。將試驗所得數(shù)據(jù)加以整理 ， 便可評估翅片底面的接觸阻力。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng) （ z 字形流道 ） ， 這樣會導致較大的死角和相對高的返混。這種設計的先進性已為流體動力學研究和傳熱試驗結果所證實 ， 此設計已獲得專利權。美國休斯頓的布朗公司做了改進。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設備所獲得的最佳值。 試驗表明 ， 當金屬絲與管子為線性接觸時 ， 有效傳熱面最大 ， 但此時金屬絲會沿管子滑動。 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種 ，它的特點是 兩端管板只有一端與外殼固定死 ， 另一端可相對殼體滑移 ， 稱為浮頭。因此管殼式換熱器的標準化工作為世 界各工業(yè)發(fā)達國家所重視 ， 也為 ISO 國際標準化組織的所重視。管殼式換熱器主要有固定管板式 ， U型管式和浮頭式換熱器。 之后對有些部件用 公式 進行了強度校核并進行對其優(yōu)化設計。 管程的分程隔板采用丁字型結構如圖 1 所示 ， 其主要優(yōu)點是布管緊密。 與正方形排列相比傳熱系數(shù)高 ， 可節(jié)省 15%的管板面積。 圖 2 管子排列 殼體 殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 R3? 、 nR?16 等，現(xiàn)選用 nR?16 鋼。 對于多管程換熱器常采用組合排列法 ， 每程均屬正三角形排列 ， 而各層面間呈正方形排列 ， 以便于安排分程隔板。 根據(jù)設計要求采用 319?? 的無縫鋼管 管子總數(shù)為 400 根。 管程壓降 壁溫： )1(11112 rhqttW ??? 11 5 3 .5 4 1 8 8 0 .0 0 1 7 25 8 3 .5? ? ? ?（ ）=℃ （ 37） 壁溫下水的粘度： SPaW ??? ?? 管程摩擦系數(shù)：查表得 ?i? 管子沿程壓降： 1 4 1 3 1 3 P 489132 )()()()2(22222????? ?????? ??? iini dLWPi （ 38） 回彎壓降： 熱力計算 第 7 頁 (共 30 頁 ) tr nWP 4)2( 222 ???? 2 ???? ?? ）（ （ 39） 進出口管處質量流速： smkgwW N 222 /2 ???? 進出口? （ 40） 進出管口處壓降： PaWP NN )2(2222 ??????? ? （ 41） 管程結垢校正 系數(shù)：根據(jù) r2及Φ 19? 3 得 2 ? ? 管程壓降： PaPPPP Ndri )( )( 222 ????? ???????? ? （ 42） 殼程壓降 當量直徑： mdNDdNDdtstse 2220202??? ??????? （ 43） 雷諾數(shù)： 39965 4111 ??????? ?? edW （ 44） 殼程摩擦系數(shù)：查表得 ?? 管束壓降： PaddnDWPeeBs) (][7152 599])1()[(2101210??? ?????????）（）（??? （ 45） 管嘴 處質量流量： 1 2 2 27 1 5 1 .5 1 6 0 8 .8 /NW w k g m s?? ? ? ?進 出 口 （ 46） 進出口管壓降： PaWP NN ]2[21221 ??????? ? （ 47） 浮頭式換熱器的設計 第 8 頁 (共 30 頁 ) 導流板阻力系數(shù)：取 5?ip? 導流板壓降： PaWPipNip ]2[2122 ??????? ?? （ 48） 殼程結垢修正系數(shù)：查表取 0 ?d? 殼程壓降： PaPPPP Nipd 1001 ????? ??????? ? （ 49） 壓強校核 管程工作壓力 P2=， 查表得 ? ? MPP ?? 殼程工作壓力 P1=， 查表得 ? ? MPP ?? 壓強校核： ][ 22 PP ??? 符合要求 ][ 11 PP ??? 符合要求 結構設計 第 9 頁 (共 30 頁 ) 2 結構設計 換熱流程設計 采用 2 殼程 4 管程的 24 型換熱器。其缺點在于結構復雜、填塞式滑動面 處在高壓時易泄露 ， 這使其應用受到限制 ， 適用壓力 為 ： ～。換熱管可為普通光管 ， 也可為帶翅片的翅片管 ， 翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等 ， 材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。 首先 ， 通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結構。 主要研究內容、需重點研究的關鍵問題及解決思路 （ 1） 、 畢業(yè)設計應完成的主要內容 Ⅱ 1） 換熱器的發(fā)展概況 2） 總體參數(shù)設計計算 3） 傳熱學計算 4） 換熱器的工程圖設計 （ 2） 、 畢業(yè)設計的目標及具體要求 工程圖：總裝配圖 ， 部件裝備圖各一張 ； 零件圖 3 張 （ 3） 、 需重點研究的關鍵問題及解決思路 關鍵問題：換熱器總體設計計算及工程圖的設計繪制； 解決思路：借助相關的換熱器設計手冊及計算機輔助設計軟件進行設計計算及繪圖 完成畢業(yè)設計 （ 論文 ） 所必須具備的工作條件 （ 如工具書、計算機輔助設計、某類市場調研、 實驗設備和實驗環(huán)境條件等 ） 及解決的辦法 為完成本畢業(yè)設計 ， 將運用在校學習的工程制圖 ， 力學 ， 材料學 ， 過程裝備設計及計算機等相關知識 ， 結合在生產實習等實踐教學中 ， 學習的換熱器及零部件的加工制造和裝配知識 ， 以及學習的有關換熱器的設計知識 ， 通過對各種技術資料的收集調研 ， 分 析計算 ， 設計繪圖的實踐 ， 學習掌握由原理方案的設想 ， 轉化為結構的 設計思路及設計方法。更重要的是 ， 由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設備堵塞 ， 隨之提前報損。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高 40%， 而壓力降幾乎相等。折流板的軸向重疊 ， 如欲縮小支持管子的跨度 ， 也可得到雙螺旋設計。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求 ， 故常為其他型式的換熱器所取代 （ 如緊湊型板式換熱器 ） 。所以 ，氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成 ， 能促進粉末粒子向基體的滲透 ， 這就說明了附著強度高 ， 有物理接觸和金屬鏈形成。用該方法不僅可噴涂 金屬還能噴涂合金和陶瓷 （ 金屬陶瓷混合物 ） ， 從而得到各種不同性能的表面。此外 ， 自60 年代開始 ， 為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要 ， 典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展 ， 這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破 ， 而且采用新穎的理念 ， 增加強化傳熱。同時 ， 行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產品的研發(fā)。結構要合理 ， 工作要安全可靠 ， 即零部件之間因為溫升而產生的熱應力不會導致?lián)Q熱器破裂 。故我們在選擇換熱設備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。 （ 3） 改變傳熱面形狀 改變傳熱面形狀的方法有多種 ， 其中用于 無相變強化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管 ， 還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。 （ 3） 采用擴展表面 在管外膜狀凝結中常常采用低肋管 ， 低肋管不但增加換熱面積 ， 而且由于冷凝流體的表面張力 ， 肋片上形成的液膜較薄 ， 因此其凝結換熱系數(shù)可比光管高 75%~100%。 因此最近十幾年來 ， 強化傳熱技術受到了工業(yè)界的廣泛重視 ， 得到了十分迅速的發(fā)展 ， 凝結是工業(yè)中普 遍遇到的另一種相變換熱過程 ， 凝結換熱系數(shù)很高 ， 但經過強化措施還可以進一步提升換熱效率。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求： （ 1） 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； （ 2） 結構安全可靠； （ 3） 便于制造、安裝、操作和維修； （ 4） 經濟上合理。例如小溫差傳熱的強化是解決低位新能源開發(fā)的關鍵；污垢和防蝕的 研究對換熱器的設計、運行有重大的影響；有相變傳熱的研究關系到能量的轉換及傳質技術。 （ 3） ．緊湊式換熱器的研究 緊湊式換熱器包括板翅、板式、板殼式等換熱器，它們具有優(yōu)異的性能，在采用多流道布置后，其優(yōu)越性更為顯著。地熱也是一種豐富的能源，但是大都溫度不高（低于 100t)， 用這種資源豐富、低焙的熱能來發(fā)電在國內外都是新課題。盡 Ⅱ 管能源的供應前景仍不樂觀，但是工業(yè)和民用的需求卻在日益增長，這是世界范圍內極需解決的問題。 1979 年美國卡特拉斯堡煉油廠的重整加熱爐上使用了熱量為 80 萬千卡／小時的熱管換熱器閉。通過 對污垢形成的機理、生長速度、影響因素的研究，預測污垢曲線，從而為控制結垢、適時清洗提供了途徑和依據(jù)。新的強化傳熱管還有單面縱槽管、雙面縱槽管、周向波紋管、螺旋波紋管等。／米”此外，在結構設計上 也采用 了一些防振措施，例如菲利普斯石油公司設計了一種沒有普通折流板的管殼式換熱器，采用 一 組 柵格式緊固控置代缽折梳板，管 Ⅱ 束被井個型的柵格條緊緊固定，柵格條同管于外壁之間水留間隙。近年來，高溫高壓換熱器 在 結構、材料和制造方面都有一 些進展，管箱和密封結構均有一些 改進，管 的進 口區(qū)的熱防護獲得一些改善。此外，其他 國 家也開發(fā)了一些自動設計系統(tǒng)和 程 序。 （ 2） ．計算機的使用 應用計算機不僅節(jié)省了入力、提高了效率，而且可以進行最優(yōu)化設計與控制，使其達到最大技術經濟性能。從換熱鉗的設計、制造、結構改進到傳熱機理的試驗研究一宣都在進行。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。在繼續(xù)提高設備熱效率的同時 ， 促進換熱設備的結構緊湊性 ， 產品系列化、標準化和專業(yè)化 ， 并朝大型化的方向研究發(fā)展。 （ 1） ．研究工作的動向 目前世界上每年發(fā)表有關傳熱及換熱設備方面的文獻約在六千篇以上。有些程序從工藝設計 開 始，直到繪出圖紙。 （ 3） 。由于大型化而加 劇 了核電站換熱器 的振動破壞， 因 此人們對管殼式換熱器振動研究 的 興趣與日俱 增 。有的國家已成批生產翅片管換熱器，并已標誰化、系列化。 t。非金屬材料方面最具有代表性的是聚四氟乙烯塑料，自美國杜邦公司于六十年代中期研究成功這種塑料換熱器以來，由于它優(yōu)越的抗腐蝕抗污垢性能，國外推廣使用很快，到了七十年代，凡是適用這種換熱器的場合，幾乎達到了普及的地步。 （ 8）．熱管換熱器的使用 熱管是利用小的表面積傳遞大的熱量，體現(xiàn)了一種優(yōu)良的設計方法。 換熱器及 傳熱研究的 主攻方向 當前換熱器發(fā)展的基本動向是繼續(xù)提高設備的熱效率，促進設備結構的緊湊性，加強生產制造的標準化、系列化和專業(yè)化，并在廣泛的范圍內繼續(xù)向大型化的方向發(fā)展。由于世界上能源日益緊張，許多國家在使用新技術的基礎上，開發(fā)利用太陽能。從換熱器的整體結構、各類管板的結構設計、熱膨脹