【正文】 目前，節(jié)能減排已成為我國“十二五”期間重要戰(zhàn)略的舉措，高效節(jié)能換熱器的研究也成為當今地下?lián)Q熱領(lǐng)域研究的熱點。在此我衷心的感謝指導老師于敏之教授，謝謝！在設計過程中還得到了其他老師及同學的大力幫助在此一并表示最衷心的感謝！ 附錄 1 35 附錄 1 開題報告 燕 山 大 學 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱： 鍋爐用水系統(tǒng)集成設計 學院（系 ）： 車輛與能源學院 年級專業(yè)： 08熱能與動力工程 2 班 學生姓名： 任曉 指導教師： 于敏之 完成日期： 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 36 一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 換熱器是進行熱交換操作的通用工藝設備，被廣泛應用于各個工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應用更為廣泛。 本章小結(jié) 經(jīng)過前面的傳熱計算、結(jié)構(gòu)計算、阻力計算和工程計算得出此次浮頭式（Ⅱ型）換熱器的一些結(jié)構(gòu)設計尺寸，具體詳細的裝配尺寸和零件尺寸會在四張工程制圖里表現(xiàn)出來。 （ 2）凹凸型密封面 它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。 殼體和固定管板的尺寸確定 前面已經(jīng)初步確定使用公稱直徑為 600mm的 630*8mm的標準無縫鋼管作為殼體。 一臺管子數(shù) 144?tn 。2 39。 第三章 換熱器的設計方案確定 13 第三章 換熱器設計方案確定 本次的設計 要求 設計一種換熱器，要求將 15t/h 的 T1煤油由 150℃冷卻到 50℃。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。世界各國十分重視傳熱強化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，并取得了豐碩成果。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的 10%～ 20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%～ 40%。 總的來說 管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。采用此法能促進得到釬焊時的連續(xù)特性（即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過分壓緊），故對于金屬絲僅用做隔斷時，可以認為是較釬焊更受歡迎的方法。此種設計具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋 折流板結(jié)構(gòu)?？梢灶A計，氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會得到廣泛應用。 對國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占 64%。經(jīng)濟上要合理，設奮全壽命期的總投資要少（總投資包括設備及附屬裝置初投資費用和運行 維護管理費用） 。 值得注意的是，在強化凝結(jié)換熱之前，應首先保證凝結(jié)過程的正常進行。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高 5~10 倍，由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面，所以應采用特殊的表面處理方法（化學覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等），使冷凝液不能潤濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。材料的選用與制造成本緊密相連，所以應該在保證設計要求的前提下盡量降低成本。 。這部分是對管板、接管、法蘭等具體零件的設計和選用。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。換熱效率同比提升 30%，但此 時流動阻力也會增加。要有足夠的機械強度，抗腐蝕和抗損壞能力要強，維護工作量要少 。 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。 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密性的微裂紋。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。但這種方法對整個設備的質(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。 本次設計簡介 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種， 管殼式換熱器以其對溫度、壓力、介質(zhì)的適應性，耐用性及經(jīng)濟性，在換熱設備中始終占有約 70%的主導地位。然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設計，在結(jié)構(gòu)設計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部分都在大力發(fā)展大容量、高性能設備，以減少設備的投資和運轉(zhuǎn)費用 。在換熱器內(nèi)首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由冷流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。 板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態(tài)，從而強化了傳熱。111 ??? ?skgM / ?39lnm inm a xm inm a x,1 ??? ?????tt ttt cm1039。 由《熱交換器原理與設計》中表 可知管中心距 s=32mm 分程隔板槽處管中心距 El =44mm 平行于流向的管距 s 0 ??? ssP mm 垂直于流向的管距 1630sin 0 ??? ssn mm 由《熱交換器原理與設計》中的 節(jié)得出拉桿直徑為 16mm 作管子排列草圖 ,如圖 41 所示。39。 （ 1）平面型密封面 密封表面是一個突出的光滑平面（又稱突平面）。CL 相近，如圖 49所示。每次遇到做得不好的地方，老師都給我耐心的講解和分析。 我國現(xiàn)行服役的換熱器大多采用 20 世紀 50 年代國外早期的設計結(jié)構(gòu)，換熱效率較低、阻力降大、易結(jié)垢，停工檢修頻繁。殼程支撐結(jié)構(gòu)在作為管束支撐的同時又起到擾動殼程流體、強化殼程傳 熱的作用，因此合理的殼程支撐結(jié)構(gòu)不僅影響換熱器的機械性能，對其傳熱和流動阻力性能的提高也起著很重要的作用。因 此換熱器技術(shù)水平是煉油廠先進程度的重要標志之一。 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。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。 ??? ,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。39。1 ???? tt ttR39。 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℃。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。 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。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。殼體一般為圓筒形，也可為方形。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。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。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。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。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%。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。進口溫度為 39℃，出口溫度為 29℃。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。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。 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%。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 。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。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。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)。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。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% 。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：～ 。 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。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。 （ 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。 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。 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 / ? 。 折流板間距： （ 417） 取 折流板數(shù)目： （ 418） 折流板上管孔數(shù)： 146 個 折流板上管孔直徑 Hd 由 GB1511999 查得為 通過折流板上管子數(shù)為 136 個 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燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 折流板直徑由 GB1511999 規(guī)定為： （ 419） 折流板缺口面積： （ 420） 錯流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分數(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、方法及設計產(chǎn)品的確定 21 取煤油的流速為 1m/s 取標準無縫鋼管為 ?1d 88 mm4? 錯流區(qū)管排數(shù)由草圖可知 10?cN 每一缺口內(nèi)的有效錯流管排數(shù)：