【文章內容簡介】 熱效率，減少傳熱面 積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。 換熱器 的研究內容及意義 隨著換熱器廣泛應用于各行業(yè)，誕生了許多新型的換熱器，這使得換熱器相關技術也得到不斷提高，傳熱理論不斷完善，換熱器研究、設計、技術、制造等技術不斷發(fā)展，換熱技術的發(fā)展同時又促進了各種新型高效換熱器的不斷發(fā)展。 目前各國為提高這類換熱器性能進行的研究主要是強化傳熱，強化傳熱的主要途徑有提高傳熱系數(shù)、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差等方式，其 中提高傳熱系數(shù)是強化傳熱的重點，主要是通過強化管程傳熱和殼程傳熱兩個方面得以實現(xiàn)。 管殼式換熱器強化傳熱方法主要有：采用改變傳熱元件本身的表面形狀及其表面處理方法，以獲得粗糙的表面和擴展表面；用添加內插物的方法以增加流體本身的繞流；將傳熱管的內外表面軋制成各種不同的表面形狀，使管內外流體同時產(chǎn)生湍流并達到同時擴大管內外有效傳熱面積的目的，提高傳熱管的傳熱性能；將傳熱管表面制成多孔狀，使氣泡核心的數(shù)量大幅度增加，從而提高總傳熱系數(shù)并可增加其抗污垢能力；改變管束支撐形式以獲得良好的流動分布，充分利用傳熱面積等。 換熱器相關技術的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾發(fā)面：防腐技術，大型化與小型化并重，強化技術，抗振技術，防結垢技術，制造技術，研究手段 [5]。 武漢理工大學《工程熱力學與傳熱學》課程設計說明書 4 隨著工業(yè)中經(jīng)濟效益與社會環(huán)境保護的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路的與新結構的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟、環(huán)保的方向發(fā)展。 本課題主要研究的是固定管板式換熱器，查閱換熱器相關標準，分析固定管板式各部分性能影響，并進行了換熱器的熱工計算、結構計算。 近年來，隨著制造技術的進步，強化換熱元件的開發(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計制造了不同結構形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟效益。故我們在選擇換熱設備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時間內交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設備被破壞 。 換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。本文的研 究結果對指導換熱器的規(guī)?；a(chǎn)，擴大其應用領域，以在廣泛范圍內逐步取代進口同類材料，降低使用成本具有重要意義。 武漢理工大學《工程熱力學與傳熱學》課程設計說明書 5 設計依據(jù) 管殼式換熱器分為逆流和順流，一臺好的換熱器應該有良好的換熱性能，科學研究或生產(chǎn)生活的需要，這是設計的初衷和目的。 本章節(jié)主要對固定管板式換熱器進行熱工設計的計算，它的設計程序或步驟隨著設計任務數(shù)和原始數(shù)據(jù)的不同而不同，要盡可能的使已知 數(shù)據(jù)和要設計計算的項目順次編排，但由于許多項目之間互相關聯(lián)，無法排定順序，故往往先根據(jù)經(jīng)驗選定一個數(shù)據(jù)使計算進行下去，通過計算得到結果后再與初始假定的數(shù)據(jù)進行比較，知道達到規(guī)定的偏差要求，試算才告結束。 設計原理 由于換熱器四個進、出口溫度及一側流體的流量已給定，要求計算出在滿足 定壓力降限制條件下的有效換熱面積與流程、流道排列組合方式。 傳熱基本基本方程式： 39。mtKFQ ?? 式中： WQ 傳熱量，? ； m/ 2（總傳熱系數(shù)， WK ? ℃ )； 傳熱面積，?F 2m ； 正系數(shù)，數(shù)平均溫差乘以溫差修傳熱平均溫差，等于對?? 39。mt ℃ 。 換熱 量的的計算式： )39。( ttcqQ pm? 式中： skgq m /流體質量流量，? ； ℃）（，流體相應溫度的比熱容 / kgJc p ； 度分別表示流體進出口溫和 39。 tt ， ℃ 。 總傳熱 系數(shù)計算公式： ）（iiii ddhddRRhK 000011/1 ???? 武漢理工大學《工程熱力學與傳熱學》課程設計說明書 6 式中： mdd oi 管子內、外徑，、 ? ； ℃）（熱系數(shù)，管子內、外側的表面?zhèn)鳌?/ 2mWhh oi ? ； WRR oi /m 2 ℃阻，管子內、外側的污垢熱、 ? 。 設計步驟 確定換熱器設計指標（ 即設計 條件 或 問題說明 ）； 初步確定換熱器的類型、結構、材料及流動形式等參數(shù)（即 總體布置 ）； 換熱器的傳熱計算、流阻計算和優(yōu)化分析（即 熱力和水力設計，是課程設計的主要內容 ）； 換熱器的結構、強度及工藝等方面的設計（即結構設計，在設計過程中應與熱力、水力設計相互協(xié)調）； 根據(jù)其它具體的評價條件，從上述的幾套設計方案中進行方案的選擇（即最佳設計）。 初步確定設備結構 初始條件： （ 1）高溫冷卻淡水流量為： 65 h/m3 ； （ 2）高 溫淡水進口水溫為： 84℃； （ 3）高溫淡水出口水溫為： 73℃； （ 4）低溫淡水進口水溫為： 36℃； （ 5）低溫淡水出口水溫為： 45℃； （ 6） 允許最大壓力降 。 定性溫度 由于殼程不存在相變，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。 其殼程高溫淡水的平均溫度： 73842 tt 139。11 ?????t ℃ 管程流體的定性溫度： 45362 tt 239。22 ?????t ℃ 綜合分析，高溫水流經(jīng)管程，低溫水流經(jīng)殼程。 武漢理工大學《工程熱力學與傳熱學》課程設計說明書 7 物性參數(shù) 根據(jù)定性溫度，分別查得殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù) [7]。 管程淡水在 ℃ 下的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度 ρ 1= 3/mkg 定壓比熱容 Cp1= ）（ KkgkJ / 熱導率 λ 1= ℃）（ / mW 粘度 71 ???? s/m2 普朗特數(shù) Pr= 無量綱 表 21 物性參數(shù) 殼程淡水在 ℃下的物性數(shù)據(jù)： 密度 ρ 2= 3/mkg 定壓比熱容 Cp2= ）（ KkgkJ / 熱導率 λ 2= ℃）（ / mW 粘度 72 ???? s/m2 普朗特數(shù) Pr= 無量綱 表 22 物性參數(shù) 初選管材及管內流速 表 23 換熱管 規(guī)格 對數(shù)平均溫差 材料 形式 排列方式 管徑 /mm 管長 /m 流速 m/s 管程數(shù) 無縫 碳鋼 光管 三角形 25 6 2 武漢理工大學《工程熱力學與傳熱學》課程設計說明書 8 根據(jù) 前面 公式 有： )39。t(tcq 11p1m1?oQ 又有： 3600/111 vm qq ??