【正文】 折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄露面積： （ 430） 殼程雷諾數(shù)： （ 431） 理想管束傳熱因子由《熱交換器原理與設計》中圖 得： ?Hj 折流板缺口校正因子由《熱交換器原理與設計》中圖 得： ?Cj 折流板泄露校正因子 1j ： ?? sphN cw ??????? ??? csEELbp AllNDDNF? ? ? ? 200 mnFdddA tcHtb ???? ?? ? 200 251 rc c os2 mDN hDDNDNA bsb ??????? ?????? ???? ?22121 011 ?? ce AdMR ?燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 （ 432） （ 433） 查圖 得： ?j 旁通校正因子： （ 434） 及 ?bpF 查《熱交換器原理與設計》圖 得： ?bj 殼程傳熱因子： （ 435） 殼程質(zhì)量流速： （ 436） 殼側(cè)壁面溫度wt 假定為 40℃ 壁溫下煤油粘度經(jīng)查物性表得： )/(101 0 8 0 61 smkgw ??? ?? 殼側(cè)換熱系數(shù)： （ 437） 需用傳熱面積 水垢熱阻： )/(0 0 0 3 22, Wmrs ℃?? 煤油污垢熱阻： )/(0 0 0 1 21, Wmrs ℃?? 傳熱系數(shù)： （ 438） 傳熱面積： （ 440） ??c tbsb A AA?? tbsb sbAA A ??cssNN0 1 6 ?? bcH jjjjjsmkgAMG ss ??? 21 /56350)/( ??? ? wrps PCGj ??)/(28911 210202,1,1℃???????? ??????? ? mWddddrrKiiss mtKQFm ???第四章 研究步驟、方法及設計產(chǎn)品的確定 23 傳熱面積之比： （ 441） 檢查殼側(cè)壁溫： （ 442） 阻力計算 管內(nèi)摩擦系數(shù) if 查《熱交換器原理與設計》圖 得： 管側(cè)壁溫 2wt 假定為 40℃ 壁溫下水的粘度： )/( 5 3 62 smkgw ??? ?? 兩臺換熱器沿程阻力： （ 443） 兩臺換熱器回彎阻力： （ 444） 進口連接管阻力： （ 445） 兩臺管程阻力： （ 446） 煤油穿過《熱交換器原理與設計》中表 的規(guī)定，所以此設計方案可行。 一臺傳熱面積： 239。 因為所選擇的流速要使流體呈湍流狀態(tài)，所以保證設備在較大的傳熱系數(shù)下進行熱交換，所以選用管程內(nèi)水的流速 smw / ? 。139。 第四章 研究步驟、方法及設計產(chǎn)品的確定 15 第四章 研究步驟、方法及 設計產(chǎn)品的確定 原始數(shù)據(jù) 水進口溫度： 2t? =29℃ 水出口溫度： 2t? =39℃ 水工作壓力： P2=1MPa 煤油進口溫度： 1t? =150℃ 煤油出口溫度： 1t? =50℃ 油工作壓力： P1=1MPa 煤油流量： 15t/h 流體的物性參數(shù) 查物性表得： 煤油的定性溫度： 1001?mt ℃ 煤油的密度： 31 /763 mkg?? 煤油的比熱： )/( ℃?? kgkJC p 煤油的導熱系數(shù)： )/(1 3 0 ℃?? mW? 煤油的粘度 : )/(10772 61 smkg ??? ?? 煤油的普蘭德數(shù)： ? 水的定性溫度： ℃342 ?mt 水的密度： 32 /994 mkg?? 水的比熱 : )/(1 7 ℃?? kgkJC p 水的導熱系數(shù)： )/( ℃?? mW? 水的粘度： )/(10801 62 ℃??? ? mW? 水的普蘭德數(shù)： ?rP 傳熱量及平均溫差 傳熱量 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 確定熱損失系數(shù) ?l? （ 41） 冷卻水用量 （ 42） 逆流時的對數(shù)平均溫差 （ 43） 參數(shù) P及 R （ 44） （ 45） 有效平均溫差 確定溫差修正系數(shù)ψ： （ 46） 則有效平均溫差 ℃,1 ???? cmm tt ? 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu) 估算傳熱面積 查參考資料初選傳熱系數(shù) )/(230 2 ℃?? mWk （ 47） KWttCpMQ l 935)( 39。 流程安排 本設計中的兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應采用冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。 （ 1） 管式換熱器 這類換熱器都是通過管子壁面進行傳熱的換熱器。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。例如， 化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。為了強化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學的迅速發(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)展和廣泛應用。 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(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小 、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。其缺點在于結(jié)構(gòu)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。換熱設備在現(xiàn)代裝置中約占設備總重的 30% 左右 ，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約 70% 。 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。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。美國休斯頓的布朗公司做了改進。這種設計的先進 性已為流體動力學研究和傳熱試驗結(jié)果所證實，此設計已獲得專利權(quán)。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。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。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。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。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。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 。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(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）。 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化 擴展表面法 采用內(nèi)肋管是強化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法，試驗表明，其換熱系數(shù)比光管高 20~40%。 冷卻表面的粗糙化 粗糙表面可增加凝結(jié)液膜的湍流度，亦可強化凝結(jié)換熱。當今換熱器技術(shù)的發(fā)展以 CFD（計算流體力學技術(shù)）、模型化技術(shù)、強化傳熱技術(shù)等形成一個高技術(shù)體系。 在我國換熱器的制造技術(shù)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(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。其中初步選型后要對初選的傳熱系數(shù)進行校核， 如果不合格要要重新選型、反復試算。 基 本 要 求 15t/h的 T1煤油由 150℃冷卻到 50℃，冷卻劑選為循環(huán)冷卻水。進口溫度為 39℃，出口溫度為 29℃。在流體阻力校核部分要考慮操作成本與制造成本的平衡關系。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。實驗證明，當粗糙高度為 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。當然現(xiàn)在各式換熱器的設計各有新穎之處，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適應熱負荷的分期增長，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。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)中具有廣闊的應用前景。所以關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。其余 30% 為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。殼體一般為圓筒形，也可為方形。 按照設計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大溫差校正系數(shù)，采用了 12型，即殼側(cè)一程管側(cè)二程。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。 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。 換熱器的分類及特點 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設備。 ⑵ 蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱回熱式換熱器。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可以分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器和纏繞管式換熱器等。 換熱器的類型設計 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度： 150℃，出口溫度 50℃，冷流體進口溫度 29℃，出口溫度 39℃。39。1 ???? tt ttR39。 管程所需流通截面 （ 48） 每程管數(shù) （ 49） 每根管長 （ 410） 現(xiàn)取每根管長為 6m 則 （ 411） 所以選用兩臺 12型浮頭式換熱器 管子排列 管子的排列方式常用友：等邊三角形排列法（或稱正六角形排列）、同心圓排列法和正方形排列法，本次管子排列方式選為等邊三角形。39。 封頭、殼體和固定管板的尺寸確定 根據(jù)壓力容器設計規(guī)范采用材質(zhì)為 20Ⅱ的標準橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，已知管程設計溫度為 ℃，則 wt ℃，根據(jù)碳鋼板需用應力查表得 ? ? MPa17039。 ??? ,長度取 5768mm 固定管板的尺寸確定 外徑： mmD 6401 ? 板厚： mmb 50? 管板上開孔數(shù)與孔間距與管的排列一致。 查 GB1511999 可知：分程隔板槽槽深 4mm? ，槽寬為 12mm，且分程隔板的最小厚度為 8mm， 厚度選為 10mm。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。 如圖 48所示 圖 48 鞍式支座 δ 4Ⅰ型Ⅱ型第四章 研究步驟、方法及設計產(chǎn)品的確定 29 本換熱器為臥室內(nèi)壓容器，應該選用鞍式支座，依照 JB/T471292 雙鞍式支座標準，選用 mmDN 600? B1 型鞍式支座，具體尺寸如表 42 所示。 管程數(shù) Np（ N） 2 管長 l（ L） 管數(shù) n 144 管排列方式 正三角形排列 傳熱面積 39。燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 32 參考文獻 [1] 朱聘冠 .換熱器原理及計算 [M].北京 ：清華大學出版社， 1987 [2] 史美中，王中錚 .熱交換器原理與設計 [M].北京：東南大學出版社， 1996 [3] 錢頌文 .換熱器設計手冊 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021 [4] 莊俊，徐通明，石壽椿 .熱管與熱管換熱器 [M].上海：上海交通大 學出版社， 1987 [5] 董大勤 .化工設備機械基礎 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 1990 [6] 化工設備機械基礎編 寫組 .化工設備機械基礎 [M].北京：石油化學 工業(yè)出版 社， 1978 [7] 趙克勤，王秀珍，王正 .石油化工容器及設備 [M].武漢：華中理工 大學出版