【正文】 補(bǔ)償方法直到高溫側(cè)熱通量的控制，都有許多課題極待解決； 100 ~200t 的低溫余 熱回收，對一般企業(yè)有普遍意義。強(qiáng)化傳熱管同時也是利用低溫位熱量的關(guān)鍵部件。隨著制造工藝的發(fā)展 ， 逐步形成一種管殼式換熱器 ， 它不僅單位體積具有較大的傳熱面積 ， 而且傳熱效果也較好 ， 長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。所謂提高換熱器性能 ， 就是提高其傳熱性能。實(shí)驗證明 ， 當(dāng)粗糙高度為 時 ， 水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高 90%。按光面計算則換熱系數(shù)可高 1~2 倍。當(dāng)然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處 ， 結(jié)構(gòu)上各具特色。換熱器的熱損失要少 ， 換熱效率要高 。換熱器臺數(shù)的選擇和單臺能力的確定應(yīng)適應(yīng)熱負(fù)荷的分期增長 ， 并考慮供熱的可靠性。 30 年代末 ， 瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器 ， 用于紙漿工廠。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。 將研究的翅片的效率與計算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 ， 得出的結(jié)論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實(shí)質(zhì)性影響。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇 ， 對傳熱效率不利。此種結(jié)構(gòu) 克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。螺旋扁管的制造過程包括了 “ 壓扁 ” 與 “ 熱扭 ” 兩個工序。估計在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。所以關(guān)鍵是要選取最佳的接觸寬度 ， 也就是繞絲時管子變形留下的痕跡的寬度。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束 ， 因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力 ， 另外浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于拆卸 方便 ， 易清洗。 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)手并會同有關(guān)國家編 ISO 管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)。 針對固定管板式與 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 ， 另一端可相對殼體滑移 ， 稱為浮頭。由于時間和資料有限 ， 本人的認(rèn)識也不夠全面 ， 在設(shè)計過程中可能還存在許多問題 ， 望老師們給予批評 和指正。 圖 1 丁字形隔板 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強(qiáng)度外 ， 當(dāng)采用脹管法固定時 ， 還要求管子有良好的塑性 ， 避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。適用于不生污垢或可用化學(xué)清洗污垢以及允許壓降較高的工況； 轉(zhuǎn)角三角形。 殼體內(nèi)徑 Ds=600mm 殼體壁厚： cppDt S ??? ??? ][2 （ 50） t][? 為殼 體工作溫度下的許用應(yīng)力 ， 已知?dú)こ淘O(shè)計溫度為 220℃ ， 則 tw220℃。用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊 ， 靠近殼體的地方布管均勻。由于水、油 腐蝕性不大 ， 故可采用碳鋼 ， 現(xiàn)選擇 20 號鋼的無縫鋼管。 管程換熱計算及流量計算 試選傳熱系數(shù)： k0=240 W/m2℃ （ 查表 ） 傳熱面積：由 ?? tNldF00? （ 8） 得 F0= m2 逆流平均溫差： CtttttN ??????????? 1920ln 1920)l n ( 小大 小大 （ 9） 參數(shù)： 19144175 1441632122 ???????? ????? tt ttP （ 10） 20214163 1551752211 ????????? ????? tt ttR （ 11） 溫差校正系數(shù)：按 2 殼程 4 管程查表得 ?? 有效平均溫差： Ctt Nm ???????? ? （ 12） 設(shè)計傳熱量： WtkFQ m 4 6 3 8 2 5 . 6 7 4 1 2021 ???????? （ 13） 浮頭式換熱器的設(shè)計 第 4 頁 (共 30 頁 ) 換熱效率：取 η = 油流量： hkgttCp QG / )( 111 01 ???? ??????? ? （ 14） 水流量： 02 2 2 2 3 6 0 0 7 8 6 2 4 4 3 4 4 8 4 /( ) 4 .3 2 1 9 1 0 0 0QG k g hC p t t ?? ? ??? ?? ? ? （ 15） 管程流通截面 （ 按 4 管程 ） ： 2222 )4400(4)4( mdNa it ???? ?? （ 16） 管程流速： 22 22 34484 0 . 7 8 9 /3 6 0 0 9 1 3 0 . 0 1 3 3 3 6 0 0Gw m sa?? ? ?? ? ? （ 17） 管程雷諾數(shù)： 5547810168 62222 ?? ???? ??? idw （ 18） 管程換熱系數(shù)： CmWdth i??????????/)()(3605)100/()(3605222 ? （ 19） 殼程換熱計算 折流板的設(shè)計：縱向折流板中間分程 ， 橫向安置弓形折流板 弓形折流板弓高： mDh s ???? （ 20） 折流板間距： mDB s ??? （ 21） 殼程流通截面： 201 ) ()1(21 msdBDa s ???????? （ 22） 殼程流速： 熱力計算 第 5 頁 (共 30 頁 ) smaGw / )360058231()3600( 1111 ???? ? （ 23） 殼程量流速 smkgwW 2111 / ???? ? （ 24） 殼程當(dāng)量直徑： mdN dNDd t tse 220202 ?? ????? （ 25） 殼程雷諾數(shù)： 43053 411 ????? ?? ef dW （ 26） 切去弓形面積所占比例：查圖得 ?Tf aa （ 27） 殼程傳熱因子：查圖得 96?sj 管外壁溫度： ?1Wt假定后再復(fù)核 ， 設(shè) ?1Wt=160℃ 壁溫下的粘度： sPaW ??? ?? （ 28） 粘度修正系數(shù)： )()( 1???W??? （ 29） 殼程換熱系數(shù)： CmWjdkh s ????????? 231131011 / ? （ 30） 傳熱系數(shù) 水側(cè)污垢熱阻： 51 17 .2 10r ??? m2℃ /W 油側(cè)污垢熱阻： 52 52 .0 10r ??? m2℃ /W 管壁熱阻： r 忽略 總傳熱熱阻： 浮頭式換熱器的設(shè)計 第 6 頁 (共 30 頁 ) 0012122111 1 /iiddr r rh d h dm C W? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 31） 傳熱系數(shù)： ??? ?rk j （ 32） 傳熱系數(shù)的比值： 4 0/ 0 6/ 0 ??kk j （ 33） 合適 管外壁熱流密度： 786244001 ????? ?? ldN Qq t=4118W/m2℃ （ 34） 管外壁溫度： )1(11111 rhqttW ???? 11 7 5 4 1 1 8 ( 0 .0 0 0 1 7 2 )5 8 3 .5? ? ? ?=℃ （ 35） 誤差校核： ????11 WWW ttt==℃ （ 36） 誤差不太大 ， 不再重算。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于方便拆卸 ，清洗方便 ， 對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。 本文對浮頭式換熱器進(jìn)行了整體的設(shè)計 ， 按照設(shè)計 要求 ， 在結(jié)構(gòu)的選取上 ， 采用了 24 型 ， 即殼側(cè)兩程 ， 管側(cè)四程。 該換熱器推薦用于氦技術(shù)和 冷卻工藝。但這種方法對整個設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響 ， 因為釬焊法必將從換熱中 “ 扣除 ” 很大一部分管子和金屬絲的表面。 由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時處于螺旋運(yùn)動 ， 促進(jìn)了湍流程度。相鄰折流板的周邊相接 ， 與外圓處成連續(xù)螺旋狀。其后果是 ， 與活塞流相比 ， 弓形折流板會降低凈傳熱。 對過渡區(qū)試片的分析表明 ， 連接邊界的整個長度上 無不嚴(yán)密性的微裂紋。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。 60 年代左右 ， 由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展 ， 迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器 ， 再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展 ， 換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善 ， 從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的良好機(jī)遇 ， 以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 ， 抗腐蝕和抗損壞能力要強(qiáng) ， 維護(hù)工作量要少 。 近年來 ， 隨著制造技術(shù)的進(jìn)步 ， 強(qiáng)化換熱元件的開發(fā) ， 使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展 ， 根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器 ， 也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。換熱效率同比提升 30%， 但此時 Ⅱ 流動阻力也會增加。有時當(dāng)液膜流速較低時 ，粗糙壁面還會滯留液膜 ， 對換熱反而不利。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。為了適應(yīng)發(fā)展的需要 ， 我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn) ， 形成了系列。 （ 5） ．換熱器基礎(chǔ)技術(shù)理論及測試技術(shù)的研究 發(fā)展基礎(chǔ)理論是指導(dǎo)推進(jìn)設(shè)計研究的必要前提。這種熱能量大面廣，合理利用有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。但是太陽能比較分散，經(jīng)物質(zhì)吸收后，溫度不高，如何提高轉(zhuǎn)換效率，在技術(shù)上有相當(dāng)難度，其中換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是關(guān)鍵問題之一。 （ 1） 、新能源換熱器的研究 能源的充分供應(yīng)對發(fā)展生產(chǎn)，保持并提高人類的生活水平是必不． JT 少的。美國道（ Dow）化學(xué)公司采用瓊一多特（ Q 一 Dot）公司生產(chǎn)的不銹鋼熱管空氣預(yù)熱器，在一座 190萬千卡／小時的加熱爐上回收余熱，使煙氣出口溫度從原來的 3” t 降到 168t 以下，并使進(jìn)風(fēng)溫度提高了 230t ,每小時回收余熱 25 . 2 萬千卡，從而使加熱爐的天然氣消耗量 減少巧緯。 Ⅱ （ 7） ．控制結(jié)垢及高效運(yùn)行 美國傳熱研究公司對換熱器的污垢問題已進(jìn)行了多年的研究。國內(nèi)一些單位（如北京化工研究院等）也研究試制成功了表面多孔管，并得到了應(yīng)用（如在南京煉油廠用于重沸器）取得了明顯效果。 1967 年蘭州煉油廠 12 單元仗用一臺螺紋管換熱器， K 廈高達(dá) 500 大卡迄今雖然有關(guān)振動方面的問題，還遠(yuǎn) 未 被人們 認(rèn) 識清楚，但是通過大量 的 試驗研究，現(xiàn)在已經(jīng)能 預(yù) 測管束的自振頻率，從而在設(shè)計小可以確定出適當(dāng)?shù)牧魉俜秶苑乐沽黧w的 激 振。煉油廠加氫換熱 器 就是一個例子。目前，美國 HTRI 換熱器 設(shè)計程序在國外無疑是具有代表性的， Ⅱ 已被許多國家所引進(jìn)。對傳熱基礎(chǔ)理論的研究探討 1‘分重視 ，一種新的動向是：從數(shù)學(xué)校型和物理模型出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出精確的計算公式。因此，換熱器的研究倍受重視。J155 武漢科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 全套 CAD 圖紙，聯(lián)系 153893706 題 目 名 稱 浮頭式換熱器設(shè)計 題 目 類 型 畢業(yè)設(shè)計 系 部 繼續(xù)教育學(xué)院 專 業(yè) 班 級 2021機(jī)電一體化 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 輔 導(dǎo) 教 師 時 間 2021年 3 月至 2021 年 4 月 Ⅰ 目錄 [摘要 ] ...................................................................................................................................................................... 21 前言 ............................................................................................................................................................................1 1 熱 力計算 ...............................................................................................................................................................1 定性溫度和物性參數(shù)計算 ............................................................................................................................2 初選結(jié)構(gòu) ..........................................