【正文】 所以在選擇計算螺旋板壓力降的時候應(yīng)選擇第一種方法。第一種方法是為了簡化按（ Fanning ）公式乘以一個系數(shù) ? 。 第一種計算螺旋板換熱器壓力降的大小。還具有局限性。所以在計算螺旋板壓力降的時候一般不采取第二種計算方法。從圓心到殼體半徑方向上存在著較大的速度梯度，使螺旋板邊界層呈螺旋流動，使邊界層減薄及分離。因為在第二種的計算方法中它只考慮了流體粘度的影響，在螺旋板換熱器中流體的粘度對其壓力降的影響不是很大的。 s 將冷程通道的各個已知參數(shù)代入（ 42）可得： 222222 *2 ?????????? ??? wec dLufp 352 ???????? ???????? ?? ＝ Pa 第三種計算壓力降的方法： 此方法是基于直管壓力降的計算公式中以當量直徑 ed 代替公式中的圓管直徑 d ，再針對螺旋板換熱器的具體情況確定阻力系數(shù) ? 值，其計算公式 公式 [1]為： 2**2?? udLp e?? （ 43） 在此次討論中 1 0 0 0 0 R e 1 0 0 0 0 0?? 的范圍，計算流體阻力系數(shù)的公式可以近似定距柱來定。 s 已知熱程通道的各參數(shù)為 1 ? m， L＝ 15m, u1＝ 20 m/s ρ 1＝ 70kg/ m3㎏ / 3m ， 1Re ＝ 1848000 μ 1＝ 105 Pa C） 熱流體的傳熱系數(shù)： h? ＝ W/（㎡ *2 ?????????? ??? wedfLup （ 42） 式中：摩擦系數(shù) f 近似采用流體流經(jīng)直徑為當量直徑的圓管時的摩擦系數(shù)，其值可由 f 與 Re 關(guān)系圖 [6]查得。 ?— 系數(shù)，與流速、定距柱直徑和間距有關(guān)，其值（ 2~3?? ） 其中取 ?? 。 流體流動的壓力降的計算，在螺旋板換熱器中，流體流動的壓力損失受多方面因素的影響 第一種計算壓力降 p? 的方法： 因為螺旋通道為矩形通道一般將其作為以通道當量直徑為直徑的圓管，按 Fanning（范寧）公式 [6]計算所得的值乘以系數(shù) ? 計算其壓力降。所以選擇幾種計算螺旋板壓力降的公式后分別計算出螺旋板冷、熱通道的壓力降后。 圖 31 中心隔板與螺旋體連接圖 所以 ? ? ? ?0 1 1 2 2BD d b N b b??? ? ? ? ? ? （ 34） 將數(shù)據(jù)代入（ 3— 4）可得： 第三章 幾何設(shè)計 22 ? ? ? ?0 1 1 2 2BD d b N b b??? ? ? ? ? ? ＝ (－ ＋ ) ＋ （ ＋ ＋ 2 ） ＝ m 前面設(shè)計時假設(shè)了螺旋體的外徑為 所以計算值與假設(shè)值之間相差為： 100% ?＝ % 所以前面的假設(shè)是可行的。m 將已知數(shù)據(jù)代入（ 227）可得 2Y FL H?＝ ? ＝ 15m 延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第三章 幾何設(shè)計 螺旋板有效圈數(shù) YN 由前面的設(shè)計可知螺旋中心直徑 300d? ㎜，板厚 2?? ㎜，螺旋板的有效換熱長度 YL ＝ ，螺旋通道寬度 b1＝ 10 ㎜ , b2＝ ㎜?！妫? 對數(shù)平均溫差 mt? 由于本設(shè)計中的流體的流動方向采用的是全逆流操作?！妫? 污垢熱阻選 r1＝ r2＝ ?? ㎡℃ /w； WW?? — 為伴材熱阻，㎡ 用串聯(lián)熱阻的概念計算總傳熱系數(shù) K 值。 在螺旋板換熱器中它對換熱面積的大小起著很大的作用，在設(shè)計中可以從三種途徑得到總傳熱系數(shù)?！妫? 總傳熱系數(shù) K[6] 總傳熱系數(shù) K 是評價換熱器性能的一個重要參數(shù)，也是換熱器的傳熱計算所需的基本數(shù)據(jù)。℃） 第二章 傳熱工藝計算 18 對被加熱介質(zhì)（冷程通道） 因為對被加熱介質(zhì) m＝ 已知 2?＝ W/（ m s 設(shè)中心管直徑： d＝ 300 ㎜ 螺旋體外徑： D0＝ 1000 ㎜ 將數(shù)據(jù)代入（ 215）可得平均直徑： Dm＝ 02dD? 21000300?? ＝ 650 ㎜ 對被冷卻介質(zhì)（熱程通道） 因為對冷卻介質(zhì) m＝ 已知 1? ＝ W/（ m℃） pc — 流體的定壓比熱容， J/（㎏ 由 前面計算出來所得的雷諾數(shù) Re 可以看出 Re1和 Re2均大于 6000。目前來說，很難準確的定出一個達到湍流時的雷諾準數(shù)，近年來，我國一些研究單位用 DIHnB09ltor 公式計算湍流狀態(tài)下的傳熱系數(shù)，臨界雷諾準數(shù)按 Re＝ 6000，其計算結(jié)果與試驗結(jié)果相近似，因此，推薦湍流狀態(tài)下的臨界雷諾數(shù)按 Re＝ 6000 計算 [1]。在圓形截面的直管中，當雷諾準數(shù) Re≥ 10000 時，流體為湍流狀態(tài)，這個數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。由于流體在換熱器中是對流傳熱，而對流傳熱的關(guān)鍵是通道中流體的流動狀態(tài)，當流體的擾動越激烈時，傳熱就越好?！妫? 冷程通道的雷諾數(shù) Re2由（ 211）得： Re2＝（ de2 u2ρ 2） /μ 2 （ 213） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 213）可得： Re2＝（ 2 ） / 103 ＝ 145527 冷流體的普蘭特準數(shù) Pr2由（ 212）得： Pr2＝（ Cp2μ 2） / 2? （ 214） 將已知數(shù)據(jù)代入（ 213）可得： Pr2＝（ 4174 103） / ＝ 給熱系數(shù)α的計算 因為構(gòu)成傳熱面的螺旋形通道，考慮到螺旋板式換 熱器的強度和剛度，并使其傳熱效果較好，通常在螺旋板上安裝了一定數(shù)目的定距接。 V2 （ 29） 式中 : ρ 2— 冷流體的密度 ,㎏ /m3 V2— 冷流體的體積流量 ,m3/s 將已知數(shù)據(jù)帶入公式（ 29） 得 V2 ＝ m3/s 設(shè)水的流速為： u2＝ 2 m/s 通道的截面積 F2為： F2＝ V2/u2＝ ＝ ㎡ 通道寬度 b2＝ F2/H＝ ＝ 所以冷程通道的當量直徑等于 de2＝（ 2H b2） /（ H+ b2） （ 210） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 210）得 de2＝（ 2 ） /（ + ） ＝ 雷諾數(shù) Re 和普蘭特準數(shù) Pr[6] 混合氣體（熱程）通道雷諾數(shù) Re＝（ de1 u1ρ 1） /μ 1 （ 211） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 211）得 Re1＝（ 20 70） / 105 ＝ 1848000 混合氣體的普蘭特準數(shù) Pr1＝（ CP1μ 1） / 1? （ 212） 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 212）得 Pr1＝（ 3297 105 ） / 第二章 傳熱工藝計算 16 ＝ 式中 ： de— 通道的當量直徑， m μ — 流體的粘度 ， Pa℃） t2— 冷流體的出口溫度 , ℃ t1— 冷流體的進口溫度 , 由已知條件知： Cp2＝ 4174 J/（㎏℃） 粘度 μ 1＝ 105 Pa℃） T1— 熱流體的進口溫度 ,℃ T2— 熱流體的出口溫度 ,℃ 延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 已知： 熱流體的質(zhì)量流量： W1＝ ＝ 熱流體入口溫度 :T1＝ 110℃； 熱流體出口溫度 :T2＝ 60℃； 確定熱流體的物性數(shù)據(jù) : 熱流體的定性溫度 :對于本設(shè)計為低黏度的氣體 .所以定性溫度可取流體進出口溫度的平均值 . TA＝（ T1+T2） /2＝（ 110+60） /2＝ 85℃ 由已知條件可知熱流體水溶液的物理 參數(shù) : 密度 ρ 1＝ 70kg/ m3 定壓比熱容 Cp1＝ 3297 J/（㎏ 確定設(shè)計方案和流體的流動型式 通過對以上螺旋板換熱器的幾種類型的 特點的比較和設(shè)計中應(yīng)考慮的問題結(jié)合本設(shè)計的的流體流動形式，和操作壓力分析后：本設(shè)計選擇Ⅰ型螺旋板換熱器來滿足工藝上的要求，并使流體呈對流狀態(tài)。 提高流速后，如果增大的給熱系數(shù)對總傳熱系數(shù) K 值起著決定性的影響，這時提高流速就有實際意義了。由流體力學(xué)可知，流體壓力降與流速的二次方成正比。目前定距柱多采用等邊三角形排列的方式，因為這種排列比按正方形排列能有效地干擾流體的流動，使其易產(chǎn)生湍流，從而提高傳熱效率。 第二章 傳熱工藝計算 12 （ 2）使直徑較大的外圈螺旋板承受較小的壓力，直徑較小的內(nèi)圈螺旋板承受較大的壓力，以改善兩螺旋板的受力狀態(tài)。這種換熱器適用于兩流體流量較大的情況使用的公稱壓力為16 105Pa[5]， 如圖 23 所示。這種結(jié)構(gòu)主要用于蒸汽冷凝。流體在全焊死的通道內(nèi)由周邊轉(zhuǎn)到中心，然后再轉(zhuǎn)到另一周邊流出。兩端面的密封采用頂蓋加墊片的密封結(jié)構(gòu)，螺旋體由兩端分別進行機械清洗， II 型螺旋板換熱器為可拆式，主要用于氣一液的熱交換，使用壓力在 16 105Pa。除 上述情況外，它還可用來冷卻氣體或冷凝延安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 蒸汽但受到通道斷頂?shù)南拗?，所以只能用在流量不大的場合，日前使用的公稱壓力在 25 105Pa 以下。由于單流道的特點流動分布情況較好。 圖 21 圖 21 I型螺旋板換熱器 I 型螺旋板換熱器的特點：適用于對流傳熱，主要用于液 — 液流體的傳熱。 第二章 傳熱工 藝計算 12 第二章 傳熱工藝計算 設(shè)計參數(shù)及任務(wù) 通道 1 通道 2 流體名稱 混合氣體 冷卻水 總流體（ kg/h） 工作溫度 進 /出（℃） 110/60 29/39 操作壓力（ MPa） 確定設(shè)計方案 螺旋板換熱器的分類 根據(jù)通道布置的不同和使用的條件，螺旋板換熱器可以分成三種形式 。 ??? 型螺旋板式換熱器主要用于蒸汽冷凝，使用的公稱壓力 為 。根據(jù)前述螺旋板式換熱器的三種型式的特點知道， ? 型螺旋板式換熱器主要是用于液 液的傳熱， 使用的公稱壓力在 以下。主要的清洗方法有熱水沖洗，酸洗忽然蒸汽吹洗三種，國內(nèi)多采用蒸汽吹洗。 （ 10）承受能力受限制 螺旋板換熱器一般都按每一通道的額定壓力設(shè)計由于螺旋板的直徑較大，厚度較小，剛度差，每一圈均 承受壓力，當兩通道見的壓力差達到一定程度，亦即達到或接近臨界壓力時，螺旋板就會被壓壞而喪失穩(wěn)定性。 （ 8）熱損失少 由于結(jié)構(gòu)緊湊。在國內(nèi)外使用的螺旋板換熱器實列中使用在兩介質(zhì)溫差很大的場合。而螺旋體各圈之間都是一側(cè)為熱流體，另一側(cè)為冷流體，最外圈與大氣接觸。這種密封方法是很可靠的。所以只要保證焊接質(zhì)量，就能保證兩介質(zhì)之間不會產(chǎn)生泄露。 （ 5）結(jié)構(gòu)緊湊 一臺直徑為 ，寬為 的螺旋板換熱器，其傳熱面積可以達到 200 平方米，而單位面積的傳熱面積約為管 殼式換熱器的三倍。在兩流體溫差為 3度情況下仍可以進行熱交換。當兩流體在螺旋通道內(nèi)采用全逆流操作時，則兩流體的對數(shù)平均溫度差就較大，有利于傳熱。