【正文】 介質(zhì)無(wú)毒的場(chǎng)合。換熱管在管板內(nèi)的脹接長(zhǎng)度 L=38mm。 ???? ???燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 實(shí)取 8mm 曲面高度： （ 448） D— 封頭的平均直徑 封頭箱的也取公稱直徑為 600mm 的 標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫鋼管，厚度為 8mm，長(zhǎng)度為530mm。39。 ?? ndFL ? ??? lLZ t燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 41 管子排列草圖 由草圖可知 六邊形層數(shù) a=6。2 ???? tt ttP)11(2)11(2ln11ln11222??????????????RRPRRPPRPRR?239。39。熟練掌握各方面的知識(shí)。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 3） 其他型式換熱器 這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等。 ⑷ 中間 載熱體式換熱器 這類換熱器是把兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來(lái)的換熱器。若兩種流體不允許混合，則不能采用蓄熱式換熱器。為增加兩流體的接觸面積，以達(dá)到充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。特別是 20世紀(jì) 70年代的世界能源危機(jī)，加速了當(dāng)代先進(jìn)換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。接著英國(guó)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。 第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 9 第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 它是化工 、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。 針對(duì)固定管板式與 U 型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對(duì)殼體滑移，稱為浮頭。因此出現(xiàn)了 TEMA、 API660、 JISB8249等一批管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)， ISO目前也正在與 API聯(lián)手并會(huì)同有關(guān)國(guó)家編 ISO管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。 俄 羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械接觸來(lái)固定筋條。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與 光管混合方式。 螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對(duì)寬的工藝條件。 對(duì)普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。 因而氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型，還可用來(lái)將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來(lái)對(duì)普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固。 通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。 70 年代中期，為了 進(jìn)一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學(xué)的辦法來(lái)增強(qiáng)換熱器內(nèi)的傳熱。 （ 2）國(guó)外換熱器發(fā)展前景 在國(guó)外二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。要便于制造、安裝和檢修 。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。都是高效換熱元件。 應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。 管外凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 對(duì)冷卻表面的特殊處理，主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。 70 年代的世界能源危機(jī)，有力促進(jìn)了換熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。由于介質(zhì)腐蝕性不高，所以選用 20 鋼為換熱管的材料。 本次我的設(shè)計(jì)題目是減二中 /原油冷卻器，換熱器形式選用管殼式換熱器中的浮頭式。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：熱能與動(dòng)力工程系 學(xué) 號(hào) 080113020214 學(xué)生 姓名 任曉 專 業(yè) 班 級(jí) 熱能與動(dòng)力工程08級(jí) 2班 題 目 題目名稱 浮頭式換熱器（Ⅱ型）設(shè)計(jì) 題目類型 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 題目來(lái)源 科研實(shí)際 主 要 內(nèi) 容 、收集； ，主要是換熱面的計(jì)算。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多，管殼式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。材料選用方面：對(duì)于主要承壓元件選用 Q345R 為材料。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： 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 結(jié)構(gòu)安全可靠； 便于制造、安裝、操作和維修； 經(jīng)濟(jì)上合理。 因此最近十幾年來(lái)，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(guò)程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過(guò)強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。 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%。 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(wú)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。故我們?cè)谶x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。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(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂 。同時(shí)，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。此外，自60 年代開(kāi)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。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。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(shuō)明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。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）。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)。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。第一章 緒論 7 更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會(huì)造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報(bào)損。 研究的目的和意義 換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備 ，隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開(kāi)發(fā)和能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重 ，世界各國(guó)已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。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(guó)家所重燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 視，也為 ISO 國(guó)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。由于時(shí)間和資料有限，本人的認(rèn)識(shí)也不夠全面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能還存在許多問(wèn)題，望老師們給予批評(píng)和指正。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 能力大的換熱設(shè)備。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。由于兩種流體交替第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點(diǎn) 11 與蓄熱體接觸，因此不可避免地會(huì) 使兩種流體少量混合。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。板面式換熱器采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時(shí)，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。 完成設(shè)計(jì)所具備的工作條件及解決辦法 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(guò)程裝備設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識(shí)，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(shí)，以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計(jì)知識(shí)，通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 過(guò)對(duì)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。239。39。 2222 0 22 5 mwMAt ?? ?724 2 ??itdAn ?39。139。 ?FF421 1,0011?????????? ???? msmw trkttPapwdlfP wtiii 15041)/(24 ??? ???PaZwP ttr 795224 22 ??? ?PawP tN 22 ??? ?PaPPPP Nrit 3 7 3 8????????? ? mmcpPD N 39。 由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子 的連接采用脹接。這種密封面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。 根據(jù)前面算出的此次設(shè)計(jì)的換熱器殼體、封頭的公稱直徑為 600mm，浮頭箱的公稱直徑為 700mm，管程接管為 80mm，殼程接管為 128mm，為了便于工人們的生產(chǎn)、節(jié)省成本，故在法蘭選擇的方面上也選擇 JB/T47032021標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊法蘭，如圖 43~47所示，管口的 具體尺寸如表 41所示。 圖 49 鞍式支座轉(zhuǎn)配尺寸 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 在本換熱器設(shè)計(jì)中 mmLB 4112? ， mmLL CC 65539。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè) —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在各個(gè)方面都有了很大的提高，收獲很大。他告訴我們考慮問(wèn)題要從多方面考慮，每次同他討論一些問(wèn)題都讓我受益匪淺。但是從間壁傳熱原理上講，控制一臺(tái)換熱器傳熱效率的是傳熱能力相對(duì)較差一側(cè)的傳熱能力，而這一側(cè)往往是殼程。幾十年來(lái)，雖然作了一些改進(jìn)，但基本保持原設(shè)計(jì)思想，尤其是殼程介質(zhì)的流動(dòng)方式幾乎沒(méi)有太大的改進(jìn)，仍沿襲傳統(tǒng)的垂直弓形板橫向流，使得換熱器總傳熱系數(shù) K 值一直停滯在較低狀態(tài)。 2. 對(duì)同樣結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以便與所研究的換熱器進(jìn)行性能比較。管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱主要分為管程強(qiáng)化傳熱和殼程強(qiáng)化傳熱兩個(gè)主要方面，而殼程強(qiáng)化傳熱一直是研究的重點(diǎn)。但是折流桿傳熱器不是萬(wàn)能的，它有著自己的局限性，特別在低 Re 數(shù)、高粘度介質(zhì)中很難形成有效卡門渦街，達(dá)不到高傳熱效率的要求。它既是工藝流程中的重要裝備，同時(shí)又是企業(yè)減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的主要手段。具體如下： (1) 管子的脹接沒(méi)有進(jìn)行分析計(jì)算； (2)由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問(wèn)題，此問(wèn)題尚未進(jìn)行 分析； (3)通常在進(jìn)液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計(jì)。 表 43 換熱器的主要數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 殼徑 ND 600mm 管尺寸 162。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包 墊圈 ， 易獲得良好的密封效果。 圖 42 浮頭結(jié)構(gòu) 浮動(dòng)管板外直徑： mmD 6000 ? 浮動(dòng)管板厚： mmb 50? 浮頭法蘭外徑： （ 452） 浮頭法蘭內(nèi)直徑： （ 453） 蝶形蓋內(nèi)半徑： （ 454） 厚度取 15mm 鉤圈的型式查 GB151 可知選為 B型鉤圈，具體尺寸按規(guī)定來(lái)取 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。 內(nèi)徑 mmD 6 1 4166 3 039。 折流板間距： （ 417） 取 折流板數(shù)目： （ 418） 折流板上管孔數(shù)： 146 個(gè) 折流板上管孔直徑 Hd 由 GB1511999 查得為 通過(guò)折流板上管子數(shù)為 136 個(gè) 折流板缺口處管子數(shù)為 8 根 ???? id?mwMd 222 ?? ?220 64Re 2222 ?? ?? idw~)1~( ?? DNl s 6 ?????? sb llN燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 折流板直徑由 GB1511999 規(guī)定為： （ 419） 折流板缺口面積： （ 420） 錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)： （ 421） 缺口處管 子所占面積： （ 422） 流體在缺口處流通面積： （ 423） 流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積： （ 424） 殼程流通截面積： （ 425） 殼程接管直徑： （ 426） ? ? 220 mFndA ctwt ??? ? mAAA wtwgb ???mwMd 111 ?? ?mD b ???22 i n)21(24 mDN hDNA wg ??????? ??? ??2a r c c o s22a r c c o ss i n221? ?????????? ???????? ???????? ???????? ????????? ???LLLc DhDND hDND hDNF ??? ? 200 mdss dDDDNlA LLsc ??????? ????? mAAA cbs ???第四章 研究步驟、方法及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的確定 21 取煤油的流速為 1m/s 取標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫鋼管為 ?1d 88 mm4? 錯(cuò)流區(qū)管排數(shù)由草圖可知 10?cN 每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)： （ 427） 旁流通道數(shù) 1?EN 旁路擋板數(shù)選 3對(duì) 錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)： （ 428） 一塊折流板上管子和管孔間泄露面積： （ 429）