【正文】 2. 對同樣結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器進(jìn)行實驗研究，以便與所研究的換熱器進(jìn)行性能比較。管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱主要分為管程強(qiáng)化傳熱和殼程強(qiáng)化傳熱兩個主要方面，而殼程強(qiáng)化傳熱一直是研究的重點。幾十年來，雖然作了一些改進(jìn)，但基本保持原設(shè)計思想，尤其是殼程介質(zhì)的流動方式幾乎沒有太大的改進(jìn)，仍沿襲傳統(tǒng)的垂直弓形板橫向流，使得換熱器總傳熱系數(shù) K 值一直停滯在較低狀態(tài)。但是折流桿傳熱器不是萬能的，它有著自己的局限性，特別在低 Re 數(shù)、高粘度介質(zhì)中很難形成有效卡門渦街，達(dá)不到高傳熱效率的要求。但是從間壁傳熱原理上講，控制一臺換熱器傳熱效率的是傳熱能力相對較差一側(cè)的傳熱能力，而這一側(cè)往往是殼程。它既是工藝流程中的重要裝備，同時又是企業(yè)減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的主要手段。他告訴我們考慮問題要從多方面考慮，每次同他討論一些問題都讓我受益匪淺。具體如下： (1) 管子的脹接沒有進(jìn)行分析計算； (2)由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問題，此問題尚未進(jìn)行 分析； (3)通常在進(jìn)液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè) —— 畢業(yè)設(shè)計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。 表 43 換熱器的主要數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 殼徑 ND 600mm 管尺寸 162。 圖 49 鞍式支座轉(zhuǎn)配尺寸 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 在本換熱器設(shè)計中 mmLB 4112? ， mmLL CC 65539。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。 根據(jù)前面算出的此次設(shè)計的換熱器殼體、封頭的公稱直徑為 600mm，浮頭箱的公稱直徑為 700mm，管程接管為 80mm，殼程接管為 128mm，為了便于工人們的生產(chǎn)、節(jié)省成本，故在法蘭選擇的方面上也選擇 JB/T47032021標(biāo)準(zhǔn)對焊法蘭，如圖 43~47所示，管口的 具體尺寸如表 41所示。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包 墊圈 ， 易獲得良好的密封效果。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。 圖 42 浮頭結(jié)構(gòu) 浮動管板外直徑： mmD 6000 ? 浮動管板厚： mmb 50? 浮頭法蘭外徑： （ 452） 浮頭法蘭內(nèi)直徑： （ 453） 蝶形蓋內(nèi)半徑： （ 454） 厚度取 15mm 鉤圈的型式查 GB151 可知選為 B型鉤圈，具體尺寸按規(guī)定來取 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。 由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子 的連接采用脹接。 內(nèi)徑 mmD 6 1 4166 3 039。 ?FF421 1,0011?????????? ???? msmw trkttPapwdlfP wtiii 15041)/(24 ??? ???PaZwP ttr 795224 22 ??? ?PawP tN 22 ??? ?PaPPPP Nrit 3 7 3 8????????? ? mmcpPD N 39。 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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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?jǐn)?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(shè)計產(chǎn)品的確定 21 取煤油的流速為 1m/s 取標(biāo)準(zhǔn)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)： （ 427） 旁流通道數(shù) 1?EN 旁路擋板數(shù)選 3對 錯流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)： （ 428） 一塊折流板上管子和管孔間泄露面積： （ 429） 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(shè)計》中圖 得： ?Hj 折流板缺口校正因子由《熱交換器原理與設(shè)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jìn)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(shè)計》中表 的規(guī)定，所以此設(shè)計方案可行。139。 一臺傳熱面積： 239。 2222 0 22 5 mwMAt ?? ?724 2 ??itdAn ?39。 因為所選擇的流速要使流體呈湍流狀態(tài)，所以保證設(shè)備在較大的傳熱系數(shù)下進(jìn)行熱交換，所以選用管程內(nèi)水的流速 smw / ? 。39。139。239。 第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定 15 第四章 研究步驟、方法及 設(shè)計產(chǎn)品的確定 原始數(shù)據(jù) 水進(jìn)口溫度： 2t? =29℃ 水出口溫度： 2t? =39℃ 水工作壓力： P2=1MPa 煤油進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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。 完成設(shè)計所具備的工作條件及解決辦法 為完成本畢業(yè)設(shè)計，將運用在校學(xué)習(xí)的工程制圖，力學(xué)，材料學(xué)，過程裝備設(shè)計及計算機(jī)等相關(guān)知識，結(jié)合在生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)中，學(xué)習(xí)的換熱器及零部件的 加工制造和裝配知識，以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計知識，通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 過對各種技術(shù)資料的收集調(diào)研，分析計算，設(shè)計繪圖的實踐，學(xué)習(xí)掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路及設(shè)計方法。 流程安排 本設(shè)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(yīng)采用冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。板面式換熱器采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。 （ 1） 管式換熱器 這類換熱器都是通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱器。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。由于兩種流體交替第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點 11 與蓄熱體接觸，因此不可避免地會 使兩種流體少量混合。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(jìn)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。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 能力大的換熱設(shè)備。 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。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 由于制造工藝和科學(xué)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。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。其缺點在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動面處在高壓時易泄露，這使其應(yīng)用受到 限制，適用壓力為：～ 。管殼式換熱器主要有固定管板式， U型管式和浮頭式換熱器。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。因此管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化工作為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家所重燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 視，也為 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的所重視。換熱設(shè)備在