【正文】 收煙氣中的低溫余熱提高了熱效率，取得了較好的應(yīng)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(jià)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(chǎn)影響顯著，主要是： 1000℃左右的高溫?zé)崃考捌涓邏耗芰康暮侠砝茫@是石油化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 （ 4） ．強(qiáng)化傳熱管的研究 近年來國內(nèi)外在采用強(qiáng)化傳熱管改進(jìn)換熱器性能、提高傳熱效率、減少傳熱面積、 Ⅱ 降低設(shè)備投資等方面，取得了顯著的成績。 國 內(nèi) 換熱器發(fā)展前景 在我國換熱器的制造技術(shù)遠(yuǎn)落后于外國 ， 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制 ， 早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu) ， 而且傳熱面積小、體積大和笨重 ， 如蛇管式換熱 器等。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以 CFD（ 計(jì)算流體力學(xué)技術(shù) ） 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)等形成一個(gè)高技術(shù)體系。 （ 2） 冷卻表面的粗糙化 粗糙表面可增加凝結(jié)液膜 的湍流度 ， 亦可強(qiáng)化凝結(jié)換熱。 2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 （ 1） 擴(kuò)展表面法 采用內(nèi)肋管是強(qiáng)化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法 ， 試驗(yàn)表明 ， 其換熱系數(shù)比光管高20~40%。改變實(shí)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(dòng) ， 這樣才能充分的提高介質(zhì)的換熱系數(shù) ， 內(nèi)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(nèi)流動(dòng)沸騰傳熱 （ 螺紋管在湍流時(shí)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(dá)到需求的換熱量和熱媒溫度 。因?yàn)閾Q熱器故障率較低 ， 并且供暖為季節(jié)性負(fù)荷 ， 有足夠的檢修時(shí)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(shè)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展 ， 其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。將試驗(yàn)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(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí) ， 此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。美國休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。 試驗(yàn)表明 ， 當(dāng)金屬絲與管子為線性接觸時(shí) ， 有效傳熱面最大 ， 但此時(shí)金屬絲會沿管子滑動(dòng)。 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種 ，它的特點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)化工作為世 界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家所重視 ， 也為 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了強(qiáng)度校核并進(jìn)行對其優(yōu)化設(shè)計(jì)。 管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 ， 其主要優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度外，由于制造過程中經(jīng)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(shè)計(jì)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(jì)算 第 7 頁 (共 30 頁 ) tr nWP 4)2( 222 ???? 2 ???? ?? ）（ （ 39） 進(jìn)出口管處質(zhì)量流速： smkgwW N 222 /2 ???? 進(jìn)出口? （ 40） 進(jìn)出管口處壓降： PaWP NN )2(2222 ??????? ? （ 41） 管程結(jié)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(dāng)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(zhì)量流量： 1 2 2 27 1 5 1 .5 1 6 0 8 .8 /NW w k g m s?? ? ? ?進(jìn) 出 口 （ 46） 進(jìn)出口管壓降： PaWP NN ]2[21221 ??????? ? （ 47） 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 8 頁 (共 30 頁 ) 導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取 5?ip? 導(dǎo)流板壓降： PaWPipNip ]2[2122 ??????? ?? （ 48） 殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取 0 ?d? 殼程壓降： PaPPPP Nipd 1001 ????? ??????? ? （ 49） 壓強(qiáng)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(qiáng)校核： ][ 22 PP ??? 符合要求 ][ 11 PP ??? 符合要求 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁 (共 30 頁 ) 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱流程設(shè)計(jì) 采用 2 殼程 4 管程的 24 型換熱器。其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動(dòng)面 處在高壓時(shí)易泄露 ， 這使其應(yīng)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(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。 主要研究內(nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 （ 1） 、 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容 Ⅱ 1） 換熱器的發(fā)展概況 2） 總體參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 3） 傳熱學(xué)計(jì)算 4） 換熱器的工程圖設(shè)計(jì) （ 2） 、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)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(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 關(guān)鍵問題：換熱器總體設(shè)計(jì)計(jì)算及工程圖的設(shè)計(jì)繪制； 解決思路：借助相關(guān)的換熱器設(shè)計(jì)手冊及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 所必須具備的工作條件 （ 如工具書、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場調(diào)研、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等 ） 及解決的辦法 為完成本畢業(yè)設(shè)計(jì) ， 將運(yùn)用在校學(xué)習(xí)的工程制圖 ， 力學(xué) ， 材料學(xué) ， 過程裝備設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識 ， 結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)中 ， 學(xué)習(xí)的換熱器及零部件的加工制造和裝配知識 ， 以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計(jì)知識 ， 通過對各種技術(shù)資料的收集調(diào)研 ， 分 析計(jì)算 ， 設(shè)計(jì)繪圖的實(shí)踐 ， 學(xué)習(xí)掌握由原理方案的設(shè)想 ， 轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法。更重要的是 ， 由于焊料迅速老化和破碎會造成機(jī)器和設(shè)備堵塞 ， 隨之提前報(bào)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(shè)計(jì)。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(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成 ， 能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透 ， 這就說明了附著強(qiáng)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(yīng)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(jìn)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(qiáng)化傳熱。同時(shí) ， 行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。結(jié)構(gòu)要合理 ， 工作要安全可靠 ， 即零部件之間因?yàn)闇厣a(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂 。故我們在選擇換熱設(shè)備時(shí)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(qiáng)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(kuò)展表面 在管外膜狀凝結(jié)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(jié)換熱系數(shù)可比光管高 75%~100%。 因此最近十幾年來 ， 強(qiáng)化傳熱技術(shù)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(jié)是工業(yè)中普 遍遇到的另一種相變換熱過程 ， 凝結(jié)換熱系數(shù)很高 ， 但經(jīng)過強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求： （ 1） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； （ 2） 結(jié)構(gòu)安全可靠； （ 3） 便于制造、安裝、操作和維修； （ 4） 經(jīng)濟(jì)上合理。例如小溫差傳熱的強(qiáng)化是解決低位新能源開發(fā)的關(guān)鍵；污垢和防蝕的 研究對換熱器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行有重大的影響；有相變傳熱的研究關(guān)系到能量的轉(zhuǎn)換及傳質(zhì)技術(shù)。 （ 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?zé)嵋彩且环N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(nèi)外都是新課題。盡 Ⅱ 管能源的供應(yīng)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(nèi)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(shí)的熱管換熱器閉。通過 對污垢形成的機(jī)理、生長速度、影響因素的研究，預(yù)測污垢曲線，從而為控制結(jié)垢、適時(shí)清洗提供了途徑和依據(jù)。新的強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上 也采用 了一些防振措施，例如菲利普斯石油公司設(shè)計(jì)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(gè)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(jié)構(gòu)、材料和制造方面都有一 些進(jìn)展，管箱和密封結(jié)構(gòu)均有一些 改進(jìn)，管 的進(jìn) 口區(qū)的熱防護(hù)獲得一些改善。此外，其他 國 家也開發(fā)了一些自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和 程 序。 （ 2） ．計(jì)算機(jī)的使用 應(yīng)用計(jì)算機(jī)不僅節(jié)省了入力、提高了效率，而且可以進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制，使其達(dá)到最大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。從換熱鉗的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到傳熱機(jī)理的試驗(yàn)研究一宣都在進(jìn)行。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí) ， 促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ， 產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)向 目前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及換熱設(shè)備方面的文獻(xiàn)約在六千篇以上。有些程序從工藝設(shè)計(jì) 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(dòng)破壞， 因 此人們對管殼式換熱器振動(dòng)研究 的 興趣與日俱 增 。有的國家已成批生產(chǎn)翅片管換熱器，并已標(biāo)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(dá)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(shè)計(jì)方法。 換熱器及 傳熱研究的 主攻方向 當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本動(dòng)向是繼續(xù)提高設(shè)備的熱效率，促進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強(qiáng)生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專業(yè)化，并在廣泛的范圍內(nèi)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(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)利用太陽能。從換熱器的整體結(jié)構(gòu)、各類管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱膨脹