【正文】 ?? 這次課程設(shè)計真的收獲良多。但是，設(shè)計過程中，遇到的一些來不及問老師的小疑問，經(jīng)同學(xué)間的相互點醒和幫助，真的是“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”。 還有一點我覺得非常重要，那便是團隊合作。 （ 5） . 老師指導(dǎo)，團隊合作，是勝利的催化劑 課程設(shè)計的前、中、后，指導(dǎo)老師多次給我們釋疑答惑，多次到科教北樓的六樓給我們的畫圖和設(shè)計做出指導(dǎo)。我連續(xù)一周跑到電子閱覽室，將做好的草稿，輸入 word文檔。 （ 4） . 實踐報告，計算、打字都很辛苦 這次實踐報告，統(tǒng)一要求用電子稿打印裝訂。當(dāng)我完成報告，再回頭看我看過的書的時候，一種成就感油然而生。當(dāng)我看到參考書上的準(zhǔn)確、美觀的設(shè)計圖的時候，我總會告訴自己：化工制圖，一絲不茍。換熱器的設(shè)計，從課本上簡單的理論計算，到根據(jù)需求滿足一定條件的切實地進行設(shè)計，不再僅僅包括呆板單調(diào)的計算，還要根據(jù)具體要求選擇、區(qū)分和確定所設(shè)計的換熱器的每一個細(xì)節(jié)，我覺得這是最大的一個挑戰(zhàn)。 附：化工原理課程設(shè)計之 心得體會 經(jīng)過連續(xù)三周緊鑼密鼓的奮戰(zhàn)，化工原理課程設(shè)計終于告一段落。 七 .設(shè)計結(jié)果表匯 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表 參數(shù) 管程 殼程 進、出口溫度，℃ 30/40 140/40 壓力， MPa 3314 2317 流量， kg/h 67056 12626 物 性 物性溫度，℃ 35 90 密度， kg/m3 994 825 定壓比熱容， kJ/（ kg?℃） 粘度， Pa?s 熱導(dǎo)率， W/m?℃ 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 管板式換熱器 殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑， mm 600 臺數(shù) 1 管徑， mm ?? 管心距， mm 32 管長， mm 6000 管子排列 △ 管數(shù)，根 232 折流板數(shù)，個 29 傳熱面積， m2 100 折流板間距， mm 200 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼 主要計算結(jié)果 管程 殼程 流速， m/s 污垢熱阻， m2℃ /W 熱流量， KW 傳熱溫差，℃ 32 傳熱系數(shù)， W/(m2K) 390 裕度 /% 167。這就要求我們能在設(shè)計過程中充分考慮各種因素 ,只有這樣才能使設(shè)計的產(chǎn)品更加完善 ,操作使用更加安全可靠。 當(dāng)然。這些方法都可以有效地防止管束振動。適當(dāng)增大管壁厚度、增大圓管直徑和折流板厚度 ,折流板上的管孔與管子采用緊密配合 ,間隙不要過大 ,可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計等。因為當(dāng)傳熱元件的固有頻率不變時 ,降低流速 ,可使流體脈動的頻率降低 ,從而避免共振的產(chǎn)生 ,但同時傳熱效率也會隨之降低。工程實踐中常采用以下的抗振措施 : (1)制定合理的開停工程序 ,加強在線監(jiān)測 ,嚴(yán)格控制運行條件 ,在流體入口前設(shè)置緩沖板或?qū)Я魍?,既可以避免流體直接沖擊管束 ,降低流速 ,又可以減小流體脈動。但是強烈的振動應(yīng)該采取必要的防振措施以減緩振動 ,避免換熱器振動破壞。這就需要在運行過程中根據(jù)不同的操作情況 ,采用不同的措施來防止換熱器的振動。 c） 當(dāng)殼程流體是氣體或液體時，應(yīng)有橫向流速 vvc。 b） 當(dāng)管程流體是氣體或蒸汽時， f1/fn。因此，要想有效防振，必須分別算出漩渦脫流頻率 f紊流抖振頻率 f2和管子的固有頻率 fn，用下式判斷： a） 當(dāng)殼程流體是氣體或液體時， f1/fn。影響管子振動關(guān)鍵是第一二階的固有頻率。當(dāng)受其中一種特定頻率的激發(fā)載荷作用時，就可以發(fā)生某種振型的共振。換熱管的簡化模型為多跨度梁，因此，求解換熱管的固有頻率歸結(jié)為求解多跨度梁的固 有頻率，其理論基礎(chǔ)是梁的橫向振動微分方程。在換熱器中，換熱管兩端與管板連接，中間由等間距布置的多個折流板支撐，但靠近兩端管板的折流板與管板之間的跨距比中間跨距要大。 管束發(fā)生流體彈性不穩(wěn)定時候的臨界橫流速度 Vc可以按下面的公式進行計算： bsoncc dfKV ?? 式子中： s? —— 質(zhì)量阻尼參數(shù)，無因次，可按公式 )/( oos dm ??? ? 進行計算； do—— 換熱器的外徑， m： fn—— 換熱管的固有頻率， Hz； Kc—— 比例系數(shù) 研究表明 ,流體速度較低時 ,振動可能由漩渦脫落或紊流抖振引起 ,而在速度較高區(qū)域 ,誘發(fā)振動機理主要是流體激振。其特點是流體速度一旦超過某一臨界速度值并稍有增加時 ,振幅即有大幅度增加 ,若阻尼不太大時 ,形成的振幅將一直增大到管子互相碰撞。這種流體力與彈性位移的相互作用就叫做流體彈性激振。流場的改變則使作用在相鄰管子上的流體發(fā)生相應(yīng)的改變 ,從而使受力作用的管子發(fā)生振動 ,從而進一步改變了作用在其中的流體力。當(dāng)管子間距與管徑之比小于 ，漩渦分離一般不會引起管子大幅度振動。紊流抖振不是導(dǎo)致管子破壞的主要原因 ,而是產(chǎn)生流體彈性激振的重要因素。脈動力的主頻率 fb為： ?????? ??? )1( TdoTLU d o? 式中 : fb——— 紊流脈動的頻率 ,Hz U——— 相鄰兩管間的流體平均速度 ,m/s d0——— 管子的外徑 ,m T——— 管束的橫向管間距 ,m L——— 兩個連續(xù)管排間的中心線距離 ,m 紊流脈動的頻率范圍較寬且具有很強的隨機性。 漩渦脫落誘導(dǎo)振動 卡門漩渦頻率按下面的公式確定： fV=StodV 式子中： fV—— 卡門漩渦頻率， Hz St—— 斯特羅哈數(shù)，無因次，對于按正三角形與正方形排列的管束，可根據(jù)節(jié)徑比xp=S/do計算， St=1/， 經(jīng)計算，所設(shè)計的換熱器的 St = V—— 橫流速度， m/s do—— 換熱管外徑， m S—— 換熱管的中心距， m 由此可見，當(dāng)管束直徑一定時，流速越大，流體誘導(dǎo)頻率越大，當(dāng)漩渦脫落頻率接或等于管束的固有頻率時，就會產(chǎn)生強烈的振動。 管殼式換熱器管束振動主要是由殼程流體流動所引起的 ,而管程流體流動的影響可忽略不計。 振動所引起的應(yīng)力脈動會使管材中的微觀缺陷擴展 ,以致產(chǎn)生大 裂紋 ,最終使管子受到破壞。 振動使換熱管產(chǎn)生交變應(yīng)力 ,導(dǎo)致管子表層的氧化層脫落 ,管子表面留下坑點。 應(yīng)力疲勞 管子振動的振幅較大時 ,管子反復(fù)彎折的扭彎應(yīng)力較高 ,長時間的連續(xù)振動會使管子斷裂。 為了便于安裝 ,一般擋板開孔較管子直徑略大 ,當(dāng)擋板較薄時 ,管子振動會在管壁與擋板孔邊緣之間產(chǎn)生較高的接觸力 ,對管子有一種鋸割作用 ,短時間內(nèi)即可將管子切開發(fā)生局部失效 。 在管殼式換熱器的殼程中，流體橫向流過管束時，流體誘發(fā)震動的主要原因是 :卡門漩渦（有聲震動或無聲震動）、紊流抖動（ 有聲震動或無聲震動）、流體彈性不穩(wěn)定。 只有當(dāng)流體誘發(fā)振動的頻率與傳熱元件的固有頻率一致或相當(dāng)接近時 ,傳熱元件的振幅激增 ,才導(dǎo)致破壞。 167。 1179。39。（ ? ）179。，其中 h=， d=， NB=29, D—— 殼徑， m h—— 折流擋板間距， m do—— 換熱器外徑， m uo—— 按殼程流通截面積 S計算的流速，而 S=h（ Dncdo） 代入數(shù)值得： 202 B upN ??? 2h（ ）D239。 825179。 19179。1p? =179。 F—— 管子排列方法對壓力降的校正系數(shù)，對正三角形排列， F=，對正方形斜轉(zhuǎn) 45o排列， F=，正方形排列， F=。 1p? —— 流體橫過管束的壓力降， Pa； 2p? —— 流體通過折流擋板缺口的壓力降， Pa； Fs—— 殼程壓力降的垢層校正系數(shù)，無因次，對于液體取 ，對于氣體取 ； Ns—— 殼程數(shù)； 而 2 0. 2281 0 5 R e 232ccP F f N F f N? ?? ? ? ? ?0B u（ N +1 ） ， 其 中 ， ，39。下面以埃索法計算殼程壓力降： 殼程壓力降埃索法公式為： 0 ssP F N? ? ? ?? 12（ P + P ）39。 1179。 管程壓力降的計算公式為： ps NNpppi )( 21 ????? Rei=13670（前面已求），為湍流。（ ）179。 = 276323207 8603 m?? 該換熱器的實際傳熱面積為： Sp= )( co nNLd ?? =179。 mQSmKt? ? ???折39。物料被冷卻，粘度校正 ?? （ ）取 1， 將數(shù)值代入上式： 00 0 . 3 6 ee dua d ????? ? ?? wc（ ） （ ） （ ） = ??? =693W/m2℃ i? = 0 .0 2 3 iiud ni Pd C（ ） （ ）ρ μλ μ λ 自來水被加熱， n取 ，代入已得數(shù)值，有： 管道流通面積： Si=179。 167。 (BI型 )： 的設(shè)定討論 由于管壁熱阻一般可以忽略，故可以認(rèn)為管內(nèi)外壁的溫度是相同的，由此可以得到以下的關(guān)系：sioiwsoowoRttRtt???????11中， to， ti， tw分別為殼程，管程流體的平均溫度和壁溫。目前脹焊結(jié)合的方法已得到比較廣泛的應(yīng)用。圖 114（ a） 的結(jié)構(gòu)是常用的一種；為了減少管口處的流體阻力或避免立式換熱器在管板上方滯留的液體，可采用圖 114（ b）的結(jié)構(gòu)；為了不使小直徑管子被熔融的金屬堵住管口，則可改成圖 114（ c）的結(jié)構(gòu)；圖 114（ d）的形式適用于易產(chǎn)生熱裂紋的材料，但加工量大。對于碳鋼或低合金鋼，溫度在 300℃以上，蠕變會造成脹接殘余應(yīng)力減小，一般采用焊接。當(dāng)溫度升高時，材料的剛性下降，熱膨脹應(yīng)力增大，可能引起接頭的脫落或松動，發(fā)生泄露。 管子與管板的連接方法主要是脹接和焊接。 表 殼體直徑 /mm 拉桿直徑 /mm 最少拉桿數(shù) 殼體直徑 /mm 拉桿直徑 /mm 最少拉桿 數(shù) 200～ 250 10 4 1100 12 8 273， 400，500， 600 12 4 ＞ 1250 12 10 800， 1000 12 6 經(jīng)查表易得，拉桿數(shù)為為 4，直徑為 12 拉桿 示意圖如下所示： 經(jīng)查表，拉桿尺寸如下： 拉桿公稱直徑nd /mm 數(shù)量 基本尺寸 拉桿直徑 d/mm aL /mm bL /mm b /mm 12 4 12 15 ≧ 50 拉桿孔 示意圖如下所示： 12nd mm? , 2 12 18nl d m m? ? ? ? 管子與管板的連接是管殼式換熱器制造中最主要的問題。雙層隔板的結(jié)構(gòu)見圖 119，雙層隔板具有隔熱空間，可防止熱流短路。