【正文】 成了本次的設(shè)計。第五章 總結(jié) 設(shè)計中存在的問題本設(shè)計在計算，零件的設(shè)計與選擇，選材，到最后的繪制工程圖紙等方面沒有出現(xiàn)較大的失誤與遺漏，但還是有一些不足之處。 換熱管的設(shè)計問題本次設(shè)計，我們以工作壓力、工作溫度、換熱面積、介質(zhì)等為初始條件進行計算。由于本固定管板式換熱器的安裝位置與安裝要求需要較小的筒徑。在殼體直徑相同的狀況下，管徑越小，便可以得到較大的換熱面積，所以，我們在這里采用較小的管徑，較多的管數(shù)來達到要求。由于管程與殼程的介質(zhì)分別為壓縮空氣與冷卻水，無較強的腐蝕性，并且工作溫度不高，在考慮到設(shè)計經(jīng)濟條件的原因，沒有不采用不銹鋼鋼，而是從銅管與普通鋼管中進行選取。由于筒徑的限制，最終將管徑定為8mm，較小的管徑，首先考慮到的材料為銅T2，銅的傳熱率較高，并且延展性和韌性較好，作為小直徑的換熱管，是較好的選擇，但是經(jīng)過強度的測試，銅管的強度無法達到標(biāo)準(zhǔn)，只好重新選擇普通鋼管。最后將材料定位Q235B，根據(jù)GB/T 173952008,其中的系列2鋼管數(shù)據(jù)，我們選擇了管徑為8mm。經(jīng)校核，強度達到標(biāo)準(zhǔn)。但是在傳熱效率方面，相較于相同直徑的銅管，或者較大直徑的鋼管有著一定的差距。 折流板的設(shè)計問題折流板是固定管板式換熱器中的重要的組成部分。為提高管外流體的傳熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)設(shè)置折流板，折流板的作用是提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度，以提高流經(jīng)換熱器的兩種介質(zhì)的換熱效果。但它卻增加了換熱器在原工藝系統(tǒng)中的阻力，這就有可能影響到原系統(tǒng)的正常運行，從而降低了余熱回收工作的效率。本次設(shè)計我們采用了最為常見的為弓形折流板，這樣使流體呈“Z”型流動，但是傳統(tǒng)的單弓形折流板支承局限—殼程流體易產(chǎn)生流動死區(qū)，換熱面積無法充分利用，因而殼程傳熱系數(shù)低、易結(jié)垢、流體阻力大。 材料選擇問題 本次換熱器的設(shè)計由于工作壓力屬于中低壓，溫度最高只達到了145℃，而介質(zhì)又是腐蝕性較小的壓縮空氣與冷卻水，所以選用的材料較為經(jīng)濟與常見，其中管束，殼體筒節(jié)，拉桿，折流板都是選擇了普通鋼材Q235，而管板，管箱筒節(jié)，封頭由于殼程的壓力為中壓，所以選用了Q345R。這些材料在耐腐蝕和耐高壓方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不銹鋼，在強度方面也有些不足，所以在工作中，操作的容錯率就有些偏低。并且經(jīng)過長時間的使用，也會比不銹鋼受到更大的腐蝕。但是經(jīng)過計算與驗證，本次設(shè)計在選材方面，強度已經(jīng)達到正常工作的標(biāo)準(zhǔn)，正常使用，不會出現(xiàn)事故隱患。并且較不銹鋼來講，選材方面在制造過程中，造價較低，重量較輕，在熱處理和焊接方面也比較容易。[14] 換熱器的發(fā)展前景 新型換熱器的發(fā)展隨著我國的不斷發(fā)展，工業(yè)，農(nóng)業(yè)和生活等方面，對能源的需求量逐步的增加，能源成本在不斷攀升。因此，“節(jié)能減排”成為重要國策。利用高效換熱器來吸收生產(chǎn)過程中排出的大量余熱，并重新利用，既節(jié)約了能源，又減少了污染。與其他換熱設(shè)備相比，列管式換熱器由于其適用性廣、堅固耐用、密封性好等優(yōu)點，成為了石化等領(lǐng)域應(yīng)用最普遍的一種換熱器。然而常見的列管式換熱器已經(jīng)在很多方面無法滿足我們的需要了，高效換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題,國內(nèi)外先后推出了一系列新型高效換熱器。下邊我們就著重介紹幾款國內(nèi)外研發(fā)的新型的換熱器，在我們?nèi)蘸蟮墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中，會有很好的啟示：一、折流桿式換熱器 折流桿式換熱器是一種以折流柵代替折流板的換熱器，它由排布的支撐桿形成一系列的殼程折流，每副單一的折流柵的主要構(gòu)件包括支撐桿、折流環(huán)交叉支撐拉桿、分隔板和縱向滑動桿。折流桿式換熱器壓降很低，為弓形隔板的1/4 以下，傳熱特性比也高，～ 倍 二、異型隔板換熱器 異形隔板是通過對隔板的結(jié)構(gòu)和安排的改變，來引起殼側(cè)流體的流動速度和方式的變化，從而減少殼側(cè)易結(jié)垢的死區(qū)來提高換熱系數(shù)。并且隔板還有支撐管子，實現(xiàn)流體預(yù)期速度，減少管子震動的作用。三、螺旋折流板換熱器 高效、緊湊的螺旋折流板換熱器，其性能優(yōu)于其他類型的列管式換熱器。，螺旋折流板使流體在殼側(cè)呈連續(xù)柱塞狀螺旋流動，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)弓形折流板換熱器內(nèi)的流動“死區(qū)”，并且由于旋流產(chǎn)生的渦流與管束傳熱界面邊界層相互作用，使湍流度大幅度增強，有利于提高殼側(cè)傳熱膜系數(shù)。實驗結(jié)果表明，與相同工況下的弓形折流板相比，%，加入多孔介質(zhì)后，%。此外，在螺旋角為40176。左右時，邊界層流體流動形式在流道內(nèi)表現(xiàn)為全發(fā)展流，此時換熱器效率最高。四、縱流管束換熱器 流體在殼程中作縱向流動是管殼式換熱器中最理想的流動形式。為了將弓形折流板支撐的橫向流動盡可能地改為平行于管子的縱向流動, 消除滯留死區(qū), 近年來開發(fā)出了一些新型結(jié)構(gòu), 例如矩形孔, 梅花孔等異形孔的折流板結(jié)構(gòu)( 圖9) , 這種折流板既能支承管子, 又能讓傳熱介質(zhì)流過折流板, 產(chǎn)生射流, 從而消除了管子結(jié)垢和垢下腐蝕。五、熱管換熱器熱管( 圖14) 是一種新型高效的傳熱元件。熱管是一個內(nèi)部抽成真空并充以少量液體的密封管, 具有高效的導(dǎo)熱性能。在工作時熱流體通過熱管的一端外表面, 冷流體通過熱管另一部分。籍助于管內(nèi)工質(zhì)的潛熱變化而進行冷熱流體間的換熱。由于是潛熱的變化, 具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱能力, 其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)為銅、銀等金屬導(dǎo)熱系數(shù)的幾百倍。 近期國內(nèi)外的研究方向 一、 非金屬材料應(yīng)用。非金屬材料在一定的范圍內(nèi)具有金屬材料不可比擬的優(yōu)點。石墨材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能, 較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機加工性, 氟塑料具有特別優(yōu)良的耐腐蝕性。氟塑料耐腐蝕性能極強, 并且與金屬材料相比還具有成本上的優(yōu)勢。復(fù)合材料如搪瓷玻璃具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、良好的耐磨性、電絕緣性以及表面光滑不易粘附物料等優(yōu)點, 已經(jīng)用于制作換熱產(chǎn)品。陶瓷材料因其優(yōu)異的耐腐蝕性、耐高溫性能而引起工業(yè)界的高度重視,已經(jīng)在換熱產(chǎn)品的制造中得到應(yīng)用。二、計算流體力學(xué)和模型化設(shè)計的應(yīng)用。在換熱器的熱流分析中, 引入計算機技術(shù), 對換熱器中介質(zhì)的復(fù)雜流動過程進行定量的模擬仿真。目前基于計算機技術(shù)的熱流分析已經(jīng)用于自然對流、剝離流、振動流和湍流熱傳導(dǎo)等的直接模擬仿真, 以及對輻射傳熱、多相流和稠液流的機理仿真模擬等方面。在此基礎(chǔ)上, 在換熱器的模型設(shè)計和設(shè)計開發(fā)中, 利用CFD的分析結(jié)果和相對應(yīng)的模型實驗數(shù)據(jù), 使用計算機對換熱器進行更為精確和細(xì)致的設(shè)計。三、 加強實驗和理論研究。采用先進的測量儀器來精確測量換熱器的流場分布和溫度場分布, 并結(jié)合分析計算, 進一步摸清不同結(jié)構(gòu)的強化傳熱機理。采用數(shù)值模擬方法對換熱器內(nèi)流體流動和傳熱過程進行研究, 預(yù)測各種結(jié)構(gòu)對流場及傳熱過程的影響。四、有源技術(shù)研究。如利用振動、電場方法強化傳熱的機理研究、試驗研究, 給出對比試驗數(shù)據(jù), 提出理論計算模型。五、強化結(jié)構(gòu)組合研究。為達到管殼程同時強化的目的, 強化結(jié)構(gòu)組合研究將成為近期傳熱強化技術(shù)研究的發(fā)展方向。參考文獻［1］張珍花、王鵬，我國能源現(xiàn)狀的思考與能源戰(zhàn)略建議，煤炭經(jīng)濟研究，2008，第10期，第4頁至第7頁［2］葉燕娟，我國能源現(xiàn)狀及應(yīng)對措施，合作經(jīng)濟與科技，2008，第17期，第17頁至第18頁［3］倪維斗、陳貞、李政，我國能源現(xiàn)狀及某些重要戰(zhàn)略對策，中國能源，2008，第12期，第5頁至第9頁［4］鐘理等，化工原理，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008，第135頁至第136頁［5］徐元敏，列管式換熱器設(shè)計的幾個問題，貴州化工，1997，第04期，第34頁至第36頁［6］呂利霞，列管式換熱器的設(shè)計，內(nèi)蒙古石油化工，2001，第04期，第136至第137頁［7］鄭津洋、董其武、桑芝富，過程設(shè)備設(shè)計，第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2005［8］耿狄、崔術(shù)杰、廉勝、田春青，列管式換熱器在設(shè)計與安裝中應(yīng)注意的幾個問題，黑龍江糧油科技，1998，第2期，第47頁［9］朱文堅、黃平，機械設(shè)計課程設(shè)計，廣州，華南理工大學(xué)出版社，2004［10］黃平、朱文堅，機械設(shè)計基礎(chǔ)，廣州，華南理工大學(xué)出版社，2006［11］機械設(shè)計手冊，北京，機械工業(yè)出版社，2007［12］何庭蕙等，工程力學(xué)，廣州，華南理工大學(xué)出版社，2007［13］林慧珠，列管式換熱器管子與管板連接方式，化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2001，第3 期，第33頁至34頁［14］張敏，列管式換熱器殼程的減阻與增效，裝備制造技術(shù)，2009，第1 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MPaG1計算系數(shù)，詳見國標(biāo)ps殼程設(shè)計壓力 MPaGle計算系數(shù)，詳見國標(biāo)pt管程設(shè)計壓力 MPaGli計算系數(shù)，詳見國標(biāo)Q無膨脹節(jié)，換熱管束與圓筒剛度比G2系數(shù)，查GB151管板計算 圖29q換熱管與管板連接的拉脫力 MPaG3系數(shù)，查GB151管板計算 圖30[q]許用拉脫力 MPaK換熱管加強系數(shù)S換熱管中心距 mmKf39。殼體法蘭與圓筒的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) MPat0制造環(huán)境溫度 ℃Kf39。39。管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) MPats殼程平均金屬溫度 ℃Kf旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) MPatt管程平均金屬溫度 ℃Kf旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)ν管板邊緣剪切系數(shù) 符號說明（續(xù)）Y系數(shù)as殼程圓筒材料線膨脹系數(shù) ℃1at管程圓筒材料線膨脹系數(shù) ℃1β系數(shù)γ換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差δ管板計算厚度 mmδf39。殼體法蘭厚度 mmδf39。39。管箱法蘭厚度 mmδh管箱圓筒厚度 mmδs殼程圓筒厚度 mmδt換熱管壁厚 mmη管板剛度消弱系數(shù)λ系數(shù)μ鋼板強度消弱系數(shù)ξ法蘭力矩折減系數(shù)ρt管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼體圓筒內(nèi)徑比Σs系數(shù)Σt系數(shù)σc殼程圓筒軸向應(yīng)力 MPaσf’殼體法蘭應(yīng)力 MPaσr管板徑向應(yīng)力 MPaσr管板徑向應(yīng)力系數(shù)σr‘管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)σt換熱管軸向應(yīng)力 MPaψ系數(shù)?焊縫系數(shù)τp管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力 MPaτp管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)ω’系數(shù)ω‘’