【正文】 合金材料制成的板翅式換熱器 ， 用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。在此期間 ， 為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題 ， 人 們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。此外 ， 自60 年代開始 ， 為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要 ， 典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展 ， 這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破 ， 而且采用新穎的理念 ， 增加強(qiáng)化傳熱。 對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明 ， 管殼式換熱器占 64%。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展 ， 其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展?，F(xiàn)就幾種新型換熱器的特點(diǎn)簡(jiǎn)介如下： （ 1） 、氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器 俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法 ， 即氣動(dòng)噴涂法 ， 來提高翅片化表面的性能。用該方法不僅可噴涂 金屬還能噴涂合金和陶瓷 （ 金屬陶瓷混合物 ） ， 從而得到各種不同性能的表面。為了評(píng)估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理 ， 便可評(píng)估翅片底面的接觸阻力。為了證實(shí)這一點(diǎn) ， 又對(duì)基部 （ 管子 ） 與表面 （ 翅片 ）的過渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析。所以 ，氣動(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成 ， 能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透 ， 這就說明了附著強(qiáng)度高 ， 有物理接觸和金屬鏈形成。可以預(yù)計(jì) ， 氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中 ， 將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng) （ z 字形流道 ） ， 這樣會(huì)導(dǎo)致較大的死角和相對(duì)高的返混。返混也能使平均溫差失真和縮小。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求 ， 故常為其他型式的換熱器所取代 （ 如緊湊型板式換熱器 ） 。雖然引進(jìn)了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進(jìn)換熱器的性能 ， 但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí) ， 此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。 螺旋折流板的設(shè)計(jì)原理很簡(jiǎn)單：將圓截面的特制板安裝在 “ 擬螺旋折流系統(tǒng) ” 中 ， 每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一 ， 其傾角朝向換熱器的軸線 ， 即與換熱器軸線保持一傾斜度。折流板的軸向重疊 ， 如欲縮小支持管子的跨度 ， 也可得到雙螺旋設(shè)計(jì)。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性 ， 可針對(duì)不同操作條件 ， 選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。美國(guó)休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡(jiǎn)單 ， 但有許多激動(dòng)人心的進(jìn)步 ， 它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱 ， 減少了結(jié)垢 ， 真正的逆流 ， 降低了成本 ， 無振動(dòng) ，節(jié)省了空間 ， 無折流元件。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高 40%， 而壓力降幾乎相等。 該換熱器嚴(yán)格按照 ASME 標(biāo)準(zhǔn)制造。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。 （ 4） 、非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器 在管子上纏繞金屬絲作為筋條 （ 翅片 ） 的螺旋管式換熱器 ， 一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。更重要的是 ， 由于焊料迅速老化和破碎會(huì)造成機(jī)器和設(shè)備堵塞 ， 隨之提前報(bào)損。采用此法能促進(jìn)得到釬焊時(shí)的連續(xù)特性 （ 即將金屬絲可靠地固定在管子上 ， 而管子的截面又不過分壓緊 ） ， 故對(duì)于金屬絲僅用做隔斷時(shí) ， 可以認(rèn)為是較釬焊更受歡迎的方法。 試驗(yàn)表明 ， 當(dāng)金屬絲與管子為線性接觸時(shí) ， 有效傳熱面最大 ， 但此時(shí)金屬絲會(huì)沿管子滑動(dòng)。這樣 ， 非釬焊時(shí)的有效傳熱面要比釬焊時(shí)大。 主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 （ 1） 、 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容 Ⅱ 1） 換熱器的發(fā)展概況 2） 總體參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 3） 傳熱學(xué)計(jì)算 4） 換熱器的工程圖設(shè)計(jì) （ 2） 、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及具體要求 工程圖：總裝配圖 ， 部件裝備圖各一張 ； 零件圖 3 張 （ 3） 、 需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 關(guān)鍵問題：換熱器總體設(shè)計(jì)計(jì)算及工程圖的設(shè)計(jì)繪制； 解決思路：借助相關(guān)的換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 所必須具備的工作條件 （ 如工具書、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場(chǎng)調(diào)研、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等 ） 及解決的辦法 為完成本畢業(yè)設(shè)計(jì) ， 將運(yùn)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(jì)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識(shí) ， 結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)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(shí) ， 以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計(jì)知識(shí) ， 通過對(duì)各種技術(shù)資料的收集調(diào)研 ， 分 析計(jì)算 ， 設(shè)計(jì)繪圖的實(shí)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(jì)思路及設(shè)計(jì)方法。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 ： SW61998 、 AutoCAD2021 、 管殼式換熱器工藝計(jì)算軟件 (THecal Ver )、 換熱器 工藝計(jì)算器 、 MS office 等軟件 工具書 ：化工英漢詞典 、化工 設(shè)計(jì)手冊(cè) 、 GB 1501998 鋼制壓力容器、 GB 1511999管殼式換熱器 工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 預(yù)計(jì)用 4 周完成畢業(yè)論文 ， 具體時(shí)間安排如下： 第 1 周：選題及聯(lián)系導(dǎo)師 ， 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書， 查找資料 ， 編寫開題報(bào)告 ； 第 2 周：與老師商討 ， 確定開題報(bào)告 根據(jù)論文題目進(jìn)一步查找材料完成論文大綱交老師批閱， 依據(jù)論文大綱完成論文一稿交老師批閱； 第 3 周：完成論文二稿交老師批閱 ，翻譯相關(guān)英文資料 完成論文三稿； 第 4 周：完成相關(guān)論文簡(jiǎn)介、答辯提綱等 ， 定稿打印。 浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種 ，它的特點(diǎn)是 兩端管板只有一端與外殼固定死 ， 另一端可相對(duì)殼體滑移 ， 稱為浮頭。在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。 首先 ， 通過換熱計(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。二維工程圖 由 autocad 繪出。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(guó)家所重視 ， 也為 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的所重視。 總的來說 管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。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。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。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。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束 ， 因此不會(huì)因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動(dòng)面 處在高壓時(shí)易泄露 ， 這使其應(yīng)用受到限制 ， 適用壓力 為 ： ～。 首先 ， 通過換熱計(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。 之后對(duì)有些部件用 公式 進(jìn)行了強(qiáng)度校核并進(jìn)行對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1 熱力計(jì)算 水進(jìn)口溫度： 2t? =144℃ 水出口溫度： 2t? =163℃ 水工作壓力： P2= 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 油進(jìn)口溫度： 1t? =175℃ 油出口溫度： 1t? =155℃ 油工作壓力： P1= 殼體內(nèi)徑： DS=600mm 管箱內(nèi)徑： DN=620mm 換熱管規(guī)格： ?25 L=6000 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 水的定性溫度： Cttt ????????? 1631442 222 （ 1） 水的密度： ρ 2=913kg/m3 水的比熱 ： Cp2=℃ 水的導(dǎo)熱系數(shù)： k2=℃ 水的粘度： μ 2= 106 水的柏朗特?cái)?shù)： Pr2= 油 （ 柴油 ） 的定性溫度： Cttt ????????? 1652 1551752 111 （ 2） 油的密度： ρ 1=715 kg/m3 油的比熱： Cp1= kJ/kg℃ 油的導(dǎo)熱系數(shù)： k1= W/m℃ 油的粘度： μ 1= 104 油的柏朗特?cái)?shù)： 41111 ?????? ?kCp ? （ 3） 初選結(jié)構(gòu) 管排列方式 ： 32 32正方形 管子外徑： d0= 管子內(nèi)徑： di=d0（ 2 3/1000） =（取 ） （ 4） 管長(zhǎng)： L=6m 熱力計(jì)算 第 3 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 管間距： s== =(取 ) （ 5） 殼體內(nèi)徑： Ds= 管束中心排管數(shù)： 由公式 sc DdNs ??? 04)1( （ 6） 得 Nc=（取 17） 總管子數(shù)：由 ct NN ? （ 7） 得 Nt=（取 239） 選型：采用 24 型即雙殼程四管程 。 管程壓降 壁溫： )1(11112 rhqttW ??? 11 5 3 .5 4 1 8 8 0 .0 0 1 7 25 8 3 .5? ? ? ?（ ）=℃ （ 37） 壁溫下水的粘度： SPaW ??? ?? 管程摩擦系數(shù)：查表得 ?i? 管子沿程壓降： 1 4 1 3 1 3 P 489132 )()()()2(22222????? ?????? ??? iini dLWPi （ 38） 回彎壓降： 熱力計(jì)算 第 7 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) tr nWP 4)2( 222 ???? 2 ???? ?? ）（ （ 39） 進(jìn)出口管處質(zhì)量流速： smkgwW N 222 /2 ???? 進(jìn)出口? （ 40） 進(jìn)出管口處壓降： PaWP NN )2(2222 ??????? ? （ 41） 管程結(jié)垢校正 系數(shù)：根據(jù) r2及Φ 19? 3 得 2 ? ? 管程壓降： PaPPPP Ndri )( )( 222 ????? ???????? ? （ 42） 殼程壓降 當(dāng)量直徑： mdNDdNDdtstse 2220202??? ??????? （ 43） 雷諾數(shù)： 39965 4111 ??????? ?? edW （ 44） 殼程摩擦系數(shù)：查表得 ?? 管束壓降： PaddnDWPeeBs) (][7152 599])1()[(2101210??? ?????????）（）（??? （ 45） 管嘴 處質(zhì)量流量： 1 2 2 27 1 5 1 .5 1 6 0 8 .8 /NW w k g m s?? ? ? ?進(jìn) 出 口 （ 46） 進(jìn)出口管壓降： PaWP NN ]2[21221 ??????? ? （ 47） 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取 5?ip? 導(dǎo)流板壓降： PaWPipNip ]2[2122 ??????? ?? （ 48） 殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取 0 ?d? 殼程壓降： PaPPPP Nipd 1001 ????? ??????? ? （ 49） 壓強(qiáng)校核 管程工作壓力 P2=， 查表得 ? ? MPP ?? 殼程工作壓力 P1=， 查表得 ? ? MPP ?? 壓強(qiáng)校核： ][ 22 PP ??? 符合要求 ][ 11 PP ??? 符合要求 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱流程設(shè)計(jì) 采用 2 殼程 4 管程的 24 型換熱器。管程分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu) ， 其主要優(yōu)點(diǎn)是布管緊密。 管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 ， 其主要優(yōu)點(diǎn)是布管緊密。焊接固定時(shí) ， 要求管子可焊性好 ， 一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼 ， 以保證管子質(zhì)量 ， 一般對(duì)于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號(hào)鋼和 20 號(hào)鋼管 ， 在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下 ， 可采用不銹鋼 （ rC1 18 iN 9 iT ） 、鋼、鋁等無縫管 ， 在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下 ， 可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用 319?? 的無縫鋼管 管子總數(shù)為 400 根。基本的排列方式有五種： 等邊三角形。 與正方形排列相比傳熱系數(shù)高 ， 可節(jié)省 15%的管板面積。三角形的一邊與流向平 行 ， 其特點(diǎn)介于等邊三角行和正方形兩種排列之間 ，不宜用于臥式冷凝器 ， 因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會(huì)使傳熱削弱； 正方形排列最不緊湊 ， 但便于機(jī)械清掃 ， 常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器； 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) (共 30 頁(yè) ) 同心圓排列。 對(duì)于多管程換熱器常采用組合排列法 ， 每程均屬正三角形排列 ， 而各層面間呈正方形排列 ， 以便于安排分程隔板。布管位置如圖 2 示。 圖 2 管子排列 殼體 殼體材料除要滿足一定的強(qiáng)度外，由于制造過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 R3? 、 nR?16 等，現(xiàn)選用 nR?16