管殼式換熱器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、,eh ? /Pol皿Qfe.河南理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院專 業(yè)：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)班 級(jí)：11-02班學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)老師：小組成員：目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2第二章管殼式換熱器簡(jiǎn)介 3第三章設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟 5第四章工藝計(jì)算 64.1 物性參數(shù)的確定 64.2 核算換熱器傳熱面積 74.2.1 傳熱量及平均溫差 74.2.2 估算傳熱面積 9第五章管殼式換熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算 115.1 換熱管計(jì)算及排布方式 115.2 殼體內(nèi)徑的估算 135.3 進(jìn)出口連接管直徑的計(jì)算 145.4 折流板 14第六章?lián)Q熱系數(shù)的計(jì)算 206.1 管程換熱系數(shù) 206.2 殼程

2、換熱系數(shù) 20第七章需用傳熱面積 23第八章流動(dòng)阻力計(jì)算 258.1 管程阻力計(jì)算 258.2 殼程阻力計(jì)算 26總結(jié) 28第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)煤油冷卻的管殼式換熱器設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)用冷卻水將煤油由140冷卻冷卻到40c的管殼式換熱器，其處理能力為10t/h,且允許壓強(qiáng)降不大于100kPa。設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)備形式：管殼式換熱器2、操作條件（ 1）煤油：入口溫度140，出口溫度40（ 2）冷卻水介質(zhì)：入口溫度26，出口溫度40第二章 管殼式換熱器簡(jiǎn)介管殼式換熱器是在石油化工行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的換熱器。 縱然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力不斷上升， 管殼式換熱器依然在換熱器市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。 目前各國(guó)為提高

3、這類換熱器性能進(jìn)行的研究主要是強(qiáng)化傳熱， 提高對(duì)苛刻的工藝條件和各類腐蝕介質(zhì)適應(yīng)性材料的開(kāi)發(fā)以及向著高溫、 高壓、 大型化方向發(fā)展所作的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。強(qiáng)化傳熱的主要途徑有提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積和增大傳熱溫差等方式， 其中提高傳熱系數(shù)是強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)， 主要是通過(guò)強(qiáng)化管程傳熱和殼程傳熱兩個(gè)方面得以實(shí)現(xiàn)。 目前， 管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱方法主要有： 采用改變傳熱元件本身的表面形狀及表面處理方法， 以獲得粗糙的表面和擴(kuò)展表面； 用添加內(nèi)物的方法以增加流體本身的繞流； 將傳熱管表面制成多孔狀， 使氣泡核心的數(shù)量大幅度增加， 從而提高總傳熱系數(shù)并增加其抗污垢能力； 改變管束支撐形式以獲得良好的流動(dòng)分布，充

4、分利用傳熱面積。管殼式熱交換器 （又稱列管式熱交換器） 是在一個(gè)圓筒形殼體內(nèi)設(shè)置許多平行管子（稱這些平行的管子為管束） ，讓兩種流體分別從管內(nèi)空間（或稱管程）和管外空間（或稱殼程）流過(guò)進(jìn)行熱量交換。在傳熱面比較大的管殼式熱交換器中， 管子根數(shù)很多， 從而殼體直徑比較大，以致它的殼程流通截面大。 這是如果流體的容積流量比較小， 使得流速很低， 因而換熱系數(shù)不高。 為了提高流體的流速， 可在管外空間裝設(shè)與管束平行的縱向隔板或與管束垂直的折流板， 使管外流體在殼體內(nèi)曲折流動(dòng)多次。 因裝置縱向隔板而使流體來(lái)回流動(dòng)的次數(shù)， 稱為程數(shù)， 所以裝了縱向隔板， 就使熱交換器的管外空間成為多程。 而當(dāng)裝設(shè)折流板

5、時(shí)， 則不論流體往復(fù)交錯(cuò)流動(dòng)多少次， 其管外空間仍以單程對(duì)待。管殼式熱交換器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 造價(jià)較低， 選材范圍廣， 處理能力大， 還能適應(yīng)高溫高壓的要求。 雖然它面臨著各種新型熱交換器的挑戰(zhàn)， 但由于它的高度可靠性和廣泛的適應(yīng)性，至今仍然居于優(yōu)勢(shì)地位。由于管內(nèi)外流體的溫度不同， 因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。 如果兩流體溫度相差較大， 換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力， 導(dǎo)致管子彎曲、 斷裂或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。 根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施， 管殼式換熱器可以分為以下幾種：固定管板式換熱器、 浮頭式換熱器、 U 形管式換

6、熱器、雙重管式換熱器及填料函式換熱器。第三章 設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)， 如果只作簡(jiǎn)單估算， 或盲目加大傳熱面積的安全系數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)。 只有進(jìn)行比較詳細(xì)的計(jì)算， 才能使投入運(yùn)行的熱交換器， 在安全和經(jīng)濟(jì)方面得到可靠保證。換熱器一般的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟如下：（ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)搜集有關(guān)的原始資料，并選定熱交換器類型等。（ 2）確定定性溫度，并查取物性數(shù)據(jù)。（ 3）由熱平衡計(jì)算熱負(fù)荷及熱流體或冷流體的流量。（ 4）選擇殼體和管子的材料。（ 5）選定流動(dòng)方式，確定流體的流動(dòng)空間。（ 6）求出平均溫差。（ 7）初選傳熱系數(shù)K0,并初計(jì)算傳熱面積F。（ 8）設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)包括：選取管徑和管程

7、流體流速；確定每程管數(shù)、管長(zhǎng)、總管數(shù)；確定管子排列方式、管間距、殼體內(nèi)徑和連接管直徑等；確定殼側(cè)程數(shù)及折流板的數(shù)目、間距、尺寸等殼程結(jié)構(gòu)尺寸；初確定傳熱面積。（ 9）管程換熱器計(jì)算及阻力計(jì)算。當(dāng)換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于初選傳熱系數(shù)且壓降小于允許壓降時(shí)，才能進(jìn)行下一步計(jì)算。（ 10）殼程換熱計(jì)算。根據(jù)采用結(jié)構(gòu)，假定壁溫和計(jì)算換熱系數(shù)。（ 11）校核傳熱系數(shù)和傳熱面積。 根據(jù)管、 殼程換熱系數(shù)及污垢熱阻、 壁面熱阻等，算出傳熱系數(shù)K 及傳熱面積F。（ 12）核算壁溫。要求與假定的壁溫相符。（ 13）計(jì)算殼程阻力，使之小于允許壓降。第四章工藝計(jì)算在換熱器設(shè)計(jì)中，根據(jù)所選換熱器類型和所給已知條件， 計(jì)算出煤油的

8、流速 和水的流速等，然后計(jì)算出傳熱面積。工藝設(shè)計(jì)中包括了物性數(shù)據(jù)的確定、傳熱 量及平均溫差、初選傳熱系數(shù)、估算傳熱面積其具體運(yùn)算如下所述。4.1 物性參數(shù)的確定表3-1水和煤油的操作參數(shù)冷卻水煤油進(jìn)口溫度(C)出口溫度(C)進(jìn)口溫度(C)出口溫度(C )264018040定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，具定性溫度可以取流體進(jìn)出口 溫度的平均值。煤油的定性溫度為：t 1 t 1tm1 2180-0 1100c 2(D.水的定性溫度:t 2 t 2tm1 22v0 33oC(2)由定性溫度條件下查物性表得出水與煤油的物性參數(shù)，如比熱、密度、黏度導(dǎo)熱系數(shù)。所查結(jié)果見(jiàn)表2-2:表3-2水與煤油

9、的物性參數(shù)名稱定性溫度oc比熱kj/kggk密度kg/ m3黏度Mpags導(dǎo)熱系數(shù)W mg水334.174994.70.00074220.6623煤油1102.432758.320.00051250.10264.2 核算換熱器傳熱面積選擇熱水走殼程，冷水走管程。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體走殼程可便于散熱, 而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力。由煤油的每小時(shí)產(chǎn)量（一天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行）可以計(jì)算出煤油流量：MiM 10000t 36002.77778 kg； s(3)式中M表示煤油的年產(chǎn)量；Mi表示煤油流量；t表示時(shí)間煤油的普朗特常數(shù):0.0005152 2.43512.16

10、310.01026(4)式中Pr1表示煤油的普朗特常數(shù)；妝表示煤油的黏度；Cp1表示煤油的比熱；川表 示煤油的導(dǎo)熱系數(shù)。水的普朗特常數(shù):?22cp20.0007422 40176,4.677550.6623(5)式中Pr2表示煤油的普朗特常數(shù)；n凄示煤油白黏度；cp2表示煤油的比熱；入2 表示煤油的導(dǎo)熱系數(shù)。4.2.1 傳熱量及平均溫差一般情況下，工程上常用熱損失系數(shù)4c來(lái)估算損失的熱量。4c通常取0.020.03。4L 取用 0.98。由上面的計(jì)算結(jié)果和已知條件代入下式可以得出煤油的傳熱量:Q M 1cpit 1tl L(6)2.77778 2.435 180 40 0.98 928.004

11、kW式中Q表示傳熱量；M1表示煤油流量；加熱負(fù)荷修正系數(shù)由以上的計(jì)算結(jié)果及已知條件，可以計(jì)算出冷卻水量:M2928.004Cp2 t 2 t 24.176 40 2615.8807 kg/s式中M2代表冷卻水量；CP2代表水的比熱;計(jì)算兩種流體的平均傳熱溫差時(shí)按單殼程，兩管程計(jì)算。按逆流設(shè)計(jì)換熱器:煤油180 c40 c從而,t1 m,ctmaxtmintmaxIn t . min40 c26 ct 13t2t2,t1 t2In 1-t2t1180 40 40 26, 180 40In40 2654.7211oC(8)溫差修正系數(shù)里取決于兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)P及R: _ t2 to 40 26P22

12、；0.0909091t1 t2180 26t1 t1t2 t2180 40 s1040 26(9)(10)式（9）中，參數(shù)R具有兩種流體熱容量之比的物理意義。式（10）中參數(shù)P的分母表示換熱器中水理論上所能達(dá)到的最大升溫，因而P的值代表該換熱器中水的實(shí)際升溫與理論上所能達(dá)到的最大升溫之比。 所以，R的值可以大于1或小于1,但P的值比小于1: 1 PR，1%_PRR 12 P 1 R 、R2 1In2 P 1 R .R2 1,102 110 1In 1 0.09090912 0.0909091 1 10102 11 0.0909091 10In -2 0.0909091 1 10102 1(11

13、)0.829935式中甲表示溫度修正系數(shù)。tm11m c 0.829935 54.72110 45041493-3(12)IIII H,c式中Atm,c表示有效平均溫差。4.2.2估算傳熱面積根據(jù)題意，初選傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)的選擇依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表表3-3傳熱系數(shù)的選擇依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表熱交換器型式熱交換流體傳熱系數(shù)K,w/(m2gC)備注內(nèi)側(cè)外側(cè)氣氣10 35常壓氣高壓氣17016020 30Mpa高壓氣氣17045020 30Mpa氣清水20 70常壓管殼式（光管）高壓氣清水20070020 30Mpa清水清水10002000清水水蒸氣冷凝20004000高粘度液體清水100300液體層流高溫液體

14、氣體30低粘度液體清水200450液體層流根據(jù)表3-3初選傳熱系數(shù)Ko=24OW/(m2 C)由以上的計(jì)算結(jié)果及已知條件可以估算出傳熱面積:QKo tm928.00 1000240 45.414985.1412m2(13)- _ 一. 一式中F表小估算的傳熱面積；K。表小初選傳熱系數(shù)；Am表小有效平均溫差；Q 表示傳熱量。由于85.1412 m,面積過(guò)大，所以需要兩臺(tái)換熱器，才能符合工業(yè)設(shè)計(jì)要求。實(shí)際的傳熱面積要考慮一定的裕度， 此換熱器考慮的裕度為10%。則一 臺(tái)換熱器面積為51 m20第五章管殼式換熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算5.1 換熱管計(jì)算及排布方式管子構(gòu)成換熱器的傳熱面，它的材料應(yīng)根據(jù)工作壓力、溫度

15、和流體腐蝕性、 流體對(duì)材料的脆化作用及毒性等決定，可選用碳鋼、合金鋼、銅、石墨等。小直 徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較?。煌瑫r(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面的金屬耗量更少。所 喲，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用較小直徑的管子。 如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)選用較大直徑管子。表4-1換熱管的規(guī)格及排列方式/mm換熱管外徑X壁厚排列形式管心距碳素鋼，低合金鋼不銹耐酸鋼25X2.525X2正三角形3219X219X225在此，選用？25X2.5的碳鋼管，采用無(wú)縫焊接工藝管程內(nèi)水流速可以在表4-2選用：表4-2熱交換器內(nèi)常用流

16、速范圍m/s流體流體管程殼程循環(huán)水1.02.00.5 1.5新鮮水0.8 1.50.5 1.5低粘度油0.8 1.80.4 1.0高粘度油0.5 1.50.3 0.8氣體530215管程內(nèi)水的流速選用 M=1m/s由以上計(jì)算結(jié)果可以算出管程所需流通截面M22 215.8807996.2 120.01596m(14)式中At表示管程流通面積；M2表示冷卻水量；但表示水的密度；處表示管程內(nèi) 水流速根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和管程所需流通截面積，可以單程管數(shù):4A4 0.0159623.14159 0.0250.8192 51(15)式中At表示管程所需流通面積；di表示傳熱管的內(nèi)徑。管子在管板上的排列方式最

17、常見(jiàn)的如圖 4.1 （a）、（b）、（c）、（d）所示四種, 即正三角形排列（排列角為30度）、轉(zhuǎn)角三角形（排列角為60度）、轉(zhuǎn)角正方形 排列（排列角為45度）、正方形排列（排列角為90度）。當(dāng)管程為多程時(shí)，則需 要采取組合排列。設(shè)計(jì)的換熱器的管程為2,則應(yīng)采取組合排列法，即每程均按正三角形排列， 隔板兩側(cè)采用正方形排列。(a)(b)(c)(d)圖4.1管子的排列方式根據(jù)表4-1選取正三角形排列為管子的排列方式表4-3換熱管中心距換熱管外徑19202225303235s25262832384044lE38404244505256選取管中心距s=32mm,分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 Le=44

18、mm 由管中心距可以計(jì)算出平行于流向的管距以及垂直于流向的管距。平行于流向的管距:oSp scos3032-3 27.713mm2(16),.垂直于流向的管距:osD ssin 30p321 “一 16mm2(17)由管子布置圖可知每程管子數(shù)為 57根；由管子布置圖可以計(jì)算出管束中心 至最外層管中心距為0.161m。管束外緣直徑：DL 0.161 2 2 0.0125 0.347m(18)傳熱管的總根數(shù):nt nZt 51 2 104(19)因換熱器是按單殼程，兩管程設(shè)計(jì)的，所以按兩管程計(jì)算，所需傳熱管的長(zhǎng)度是:n乙d085.1412“5.88775m51 20.025(20)式中d0表示管內(nèi)

19、徑，d0=0.025m； Zt=2表示兩管程。按標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng) 6m。5.2殼體內(nèi)徑的估算殼體內(nèi)徑可以用下述公式粗估:)Ds (b 1)s 2b(21)b (1: 1.5)d0(22)b 1.1. nt(23)當(dāng)管子按正三角形排列時(shí)，可以按上述公式計(jì)算：Ds (1.1,1)s 2 1.5d01.1 (,T04 1) 0,032 1.5 0.0250.4508m(24)式中Ds表示殼體內(nèi)徑；nt表示傳熱管根數(shù)；s表示管中心距；d0傳熱管外徑。 計(jì)算得到的內(nèi)徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，按照鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)可確定：殼體內(nèi)徑 =0.5m。目前所采用的換熱管長(zhǎng)度與殼體直徑比，一般在425加之間：長(zhǎng)徑比=_L 絲12D

20、s 0.5(25式中1表示傳熱管長(zhǎng)度；Ds表示殼體內(nèi)徑。所以換熱器的殼體內(nèi)徑和管子長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。5.3進(jìn)出口連接管直徑的計(jì)算確定連接管直徑的基本公式仍可用連續(xù)性方程，經(jīng)簡(jiǎn)化可以用以下公式：M 215.8807D2 1.132 1.13 ,142.78mmVV 996.2 1(26)將(26)式結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，取 ？150X5。5.4折流板流動(dòng)外，還有支撐管束、防止管束振動(dòng)和彎曲的作用。它的裝設(shè)不如縱向隔 板那樣困難，而且裝設(shè)后可使流體橫向流過(guò)管束，故此獲得普遍應(yīng)用。折流板的常用形式有：弓形折流板、盤環(huán)形折流板兩種，弓形折流板有單弓 形、雙弓形和三弓形三種。在弓形折流板中，流體流

21、動(dòng)中的死角較小，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn) 單，因而用的最多。而盤環(huán)形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不便清洗，一般在壓力較高和物料 比較清洗場(chǎng)合。在此，換熱器設(shè)計(jì)中，折流板形式選弓形。弓形折流板的缺口和板間距的大小是影響傳熱效果和壓降的兩個(gè)重要因素。弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過(guò)缺口時(shí)與橫過(guò)管束時(shí)的流速接近，缺口大小是按切去的弓形弦高占?xì)んw內(nèi)徑百分?jǐn)?shù)確定的。 缺口弦高一般為殼體內(nèi)徑的20%45%。為了防振并能夠承受拆換管子時(shí)的扭拉作用，折流板須有一定厚度，該值在GB-1999中具體規(guī)定見(jiàn)表 4-4表4-4折流板和支持板的最小厚度mm公稱直徑換熱管無(wú)支撐跨距Dn300600600900折流板或支撐板最小厚度400345400 W

22、 700456折流板厚度取6 nlm折流板的材料應(yīng)比管子軟，較硬會(huì)磨損管子，導(dǎo)致管子破裂。若材料過(guò)軟，則使管子磨損折流板，將相鄰管子間部分磨損，形成穿有數(shù)根管子的大孔，使這 些管子失去了這一位置的折流板支撐，引起自振頻率降低，從而使管子易振進(jìn)而 損壞。故此，材料取用14Cr1MoRo折流板缺口弦高度：h 0.25Ds 0.25 0.5 0.125m,沙s(27)由折流板缺口弦高度和殼體內(nèi)徑可以計(jì)算出折流板的圓心角：折六班圓心角=120度。.公稱直徑管長(zhǎng)折流板間距& 500 300010020030045060045006000一60080015006000150200300450600表4-5

23、折流板間距/mm折流板間距?。簂s 0.25m，折流板數(shù)目：l 6“Nb 11 23 塊ls 0.25(28)式中Nb表示折流板數(shù)目 折流板上的管孔數(shù)為112個(gè)，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可知，折流板上管孔直徑 dH=0.0254m,折流板直徑Db=0.4955m。由管子排布圖可知：通過(guò)折流板上的管子數(shù)為99根,這流管缺口處管子數(shù)為18根。弓形折流板的缺口高度應(yīng)保證流體在缺口處的流通截面積與流體在兩折流 板間錯(cuò)流的流通面積接近，以免因流動(dòng)速度變化引起壓降。當(dāng)選好殼程流體流速 后，就可以確定保證流速所需的流通截面積由上面的計(jì)算出的已知結(jié)果可以由下面的方程式求得折流板的缺口面積:_ 2-ADs12h、AWg1)s

24、1ng42Ds2.(1(29)20.521 2 423 0.03361m2 0.125 .sin 0.53式中Awg表小折流板缺口面積；Ds表小殼體外徑；8表小折流板圓心角錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù):1Ds 2hDs 2hDs 2hFc2( )sinarccos( -) 2arccos( -)DlDlDl1 , c/0.5 2 0.125、.0.5 2 0.125、，八z0.5 2 0.125、一 2()sinarccos() 2arccos()0.3470.3470.3470.764553(30)式中Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分比；Ds表示殼體外徑；Dl表示殼體內(nèi) 徑；h表示缺口弦高

25、度。缺口處管子所占面積： 2_ 2d0.02Awt -nt 1 Fc 104 1 0.7645530.0068189188(31)式中d表示傳熱管外徑；nt表示傳熱管的總管子根數(shù)；Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總 管數(shù)的百分?jǐn)?shù)。流體在缺口處流通面積： 2Ab Awg Awt 0.0312 0.00681891 0.024389m2 32Z式中Ab表示流體在缺口處流通面積；Awg表示折流板缺口面積；Awt表示缺口處 管子所占面積。流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積：Ac lsDs Dl Dl d0 s d0 s0.2 0.5 0.347 0.347 0.0250.032 0.025 0.032 20.043

26、567 m(33)式中Ac表示兩折流板間錯(cuò)流流通截面積；Ds表示殼體內(nèi)徑；Dl表示管束外圓直徑；d0表示傳熱管外徑；s表示管中心距。殼程流通截面積：A , AbgAc9024389 0.043567 0.032597m2(34)式中As表示殼程流通面積；Ab表示流體在缺口處流通面積；Ac表示流體在兩折 流板問(wèn)錯(cuò)流流通面積。殼程接管直徑:DJ0.203726 m(35)式中Di表示殼程接管直徑；As表示殼程流通面積。將(37)式結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，取?203X6。由管子布置圖，可以知道錯(cuò)流區(qū)一排管束：Nc=12根。每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)：h0.125N cw 0.80.83.608S

27、p0.0277(36)式中Ncw表示每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)；h表示缺口弦高度；Sp表示平行于 流向的管距。在1-2管殼式換熱器設(shè)計(jì)中，可使旁通流道數(shù)為1,取旁通擋板數(shù)為3對(duì)。錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)：1Fbp (Ds dl必兒/人(0.5 0.347 0.5 1 0.044) 0.2/0.0435670.722(37)式中Fbp表示錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)；Ds表示殼體內(nèi)徑；Dl表示管束外圓直徑；Ne表示旁流通道數(shù)；Ac表示流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積。一塊折流板上管子和管孔間泄面積：,1 )AbddHd0 1Fcn20.025 0.0254 0.025 0.2 1 0.764553

28、 11420.0031598m(38)式中Atb表示一塊折流板上管子和管孔間泄面積；d0表示傳熱管外徑；dH表示折 流板管孔直徑；Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)；nt表示傳熱管總根數(shù)。折流板外緣與殼體內(nèi)壁間泄面積:AsbDs DsDbarccos 12hDs0.50.5 0.4955 arccos1 2 0.1127 20.5(39)0.0024212m2式中Asb表示折流板外緣與殼體內(nèi)壁間泄面積；Ds表示殼體外徑；Db表示折流板 直徑；h表示缺口弦高度。第六章?lián)Q熱系數(shù)的計(jì)算.6.1 管程換熱系數(shù)管程的雷諾數(shù):1 996.2 0.02 26804.09(40)0.0007422式中Re2

29、表示管程的雷諾數(shù)；碑表示管程內(nèi)水流速；伊表示水的密度；曲表示水 的黏度；di表示傳熱管的內(nèi)徑。管程換熱系數(shù):2 0.023Re20.8 P/di0.66230.020.023 26804.090.84.677550.4(41)4924.03W；(m2goC)式中發(fā)表示管程換熱系數(shù)；泡表示水的導(dǎo)熱系數(shù)；di表示傳熱管內(nèi)徑；Re2表示管程的雷諾數(shù)；Pr2表示水的普朗特?cái)?shù)。6.2 殼程換熱系數(shù)殼程雷諾數(shù):ReiMid。1Ac2.77778 0.02540.0005152 0.04356731110.1359(42)式中Re1表示殼程雷諾數(shù)；M1表示煤油流量；d0表示傳熱管的外徑；Ac表示流體在兩折流

30、板間錯(cuò)流流通截面積。假定殼程流體全部錯(cuò)流流過(guò)管束，在此理想管束中純錯(cuò)流時(shí)的柯?tīng)柋緜鳠嵋蜃?，可由熱交換器原理與設(shè)計(jì)圖 2.28查出：理想管束傳熱因子js=0.007o折流板缺口校正因子jc可由熱交換器原理與設(shè)計(jì)圖 2.29查出：折流板缺口校正因子jc=10.25。0.43720.00242120.0024212 0.00315979943)0.0024212 0.003159790.0435670.154644)式中Asb表示折流板外緣與殼體內(nèi)壁間泄面積;Atb表塊折流板上管子與管孔間泄面積；Ac表示流體在兩折流板之間錯(cuò)流流通面積。折流板泄露影響的校正因子是等式（43）和（44）的函數(shù)，可由熱交

31、換器原理與設(shè)計(jì)圖2.30查取折流板泄露影響的校正因子ji=0.87。管束旁通影響的校正因子jb,它是Fbp和Nss/Nc （Nss為每一錯(cuò)流區(qū)內(nèi)旁路擋板對(duì)數(shù)，Nc為錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管排數(shù)）的函數(shù)，可由可由熱交換器原理與設(shè)計(jì)圖2.31 查取 jb=0.94。殼程傳熱因子:j0jsjbji jc 0.007 0.94 0.87 1.1 0.006297(45)式中j0表示殼程傳熱因子；jb表示管束旁通影響的校正因子；jl折流板泄露影響的校正因子；jc表示折流板缺口校正因子；js表示理想管束傳熱因子。殼程質(zhì)量流速:Gs M12.7777885.21468 kg. m2gsAs0.032597(46)式中Gs

32、表示殼程質(zhì)量流速；Mi表示煤油流量；As表示殼程流通截面積。假定殼側(cè)壁面溫度tw=55C。壁溫下的煤油黏度即1,查物性表31=0.001203Kg/（ nf * s）。殼側(cè)換熱系數(shù):jGscpP,0.14w1oo0.140.006297 85.21468 2.435 12.16310.00051250.000779(47)231.3831 W m2goC式中M表示殼側(cè)換熱系數(shù)；j0表示殼程傳熱因子；Gs表示殼程質(zhì)量流速；cp表 示定性溫度下的煤油比熱；Pr表示定性溫度下的煤油普朗特常數(shù)；N表示定性溫 度下的煤油黏度；PW1表示定性壁溫下煤油的黏度。第七章需用傳熱面積加熱流體溫度W 115C加熱

33、流體溫度116205 c水的種類水溫0 52 C水溫53 C水速w 1m/s水速1m/s水速 1m/s水速1m/s干凈的軟水0.000170.000170.000340.00034自來(lái)水0.000170.000170.000340.00034井水0.000170.000170.000340.00034表6-1水的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)m2* C/W種類污垢熱阻粗煤油0.00043成品煤油0.00017 0.00026表6-2煤油油品及溶液的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)itf*C/W換熱器設(shè)計(jì)中使用的冷卻水為自來(lái)水。由表 6-1可知冷卻水的污垢熱阻rs2=0.00017 m2 * C W 由表6-2,可選成品煤油

34、的污垢熱阻 rsi=0.00025 C /W校正傳熱系數(shù):11d0 1d0一rs1%2 一1di 2 di1231.383110.0250.00025 0.00034 -0.0210.0254924.030.02190.451W. m2goC(48)式中K表示校正傳熱系數(shù)；加表示殼側(cè)換熱系數(shù)；rs1表示成品煤油污垢熱阻;rs2表示冷卻水污垢熱阻；d。表示傳熱管外徑；di表示傳熱管內(nèi)徑。由以上計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出傳熱面積:.Q-tm928.00190.451 45.41492107.2921m(49)式中Q表示傳熱量；K表示校正傳熱系數(shù)；Am表示有效平均溫差 _ _一 、 F 107 4424傳

35、熱面積之比=1.0014(50)F 166.8752由等式（50）可知換熱器設(shè)計(jì)面積符合設(shè)計(jì)要求 檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫：tm1 tw1tm1Krs11110 190.451136.65440.00017 45.4149(51)70.4567oC式中tw1表示檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫；tm1表示煤油定性溫度；K表示校正傳熱系數(shù)；a1表 示殼側(cè)換熱系數(shù)；rs1表示成品煤油污垢熱阻；A m表示有效平均溫差第八章流動(dòng)阻力計(jì)算換熱器內(nèi)流動(dòng)阻力引起的壓降，是衡量運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要指標(biāo)。 如果 壓降大，消耗的功率多，就需要配備功率較大的動(dòng)力設(shè)備來(lái)補(bǔ)償因壓力降低所消 耗的能量。由流體力學(xué)可知，產(chǎn)生流動(dòng)阻力的原因與影響因素可歸

36、納為：流體具有黏性， 流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)摩擦，是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根源；固定的管壁或其他形狀的固體壁 面，促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件。 所以流 動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。換熱器中的流動(dòng)阻力可分為兩部分， 即流體與壁面間的摩擦阻力；流體在流 動(dòng)過(guò)程中，由于方向改變或速度突然改變所產(chǎn)生的局部阻力。管殼式換熱器的管程阻力和殼程阻力必須分別計(jì)算，由于阻力單位可表示為 壓力的單位，故一般用壓降 AP表示。管殼式換熱器允許的壓降如表 2-10所示。表7-1管殼式換熱器允許的壓降范圍換熱器的操作壓力（Pa）允許的壓降（Pa）P105 （表壓）

37、AP5X 108.1管程阻力計(jì)算管殼式換熱器管程阻力包括沿程阻力、回彎阻力和進(jìn)出口連接阻力等三部分組成，因而A R表示沿程阻力；A P表示回彎阻力；A田表示進(jìn)出Pt P Pr Pn式中AR表示管程總阻力；口連接管阻力。沿程阻力:L 20.142 / w2P 4上馬di 212 4 0.0065 -0.0211431.96323 Pa996.2 120.14-0.0007422. 0.0006533(53)式中fi表示管內(nèi)摩擦因子;L表示管程總長(zhǎng)；di表示傳熱管內(nèi)徑；區(qū)表示水的密亞表示管程內(nèi)水流速度;2表示冷卻水黏度；網(wǎng)2表示壁溫下的水黏度?；貜澴枇?996.2 12 114 3978.8Pa2

38、(54)式中能表示水的密度;心表示管程內(nèi)水流速度；Zt表示傳熱管的總根數(shù)。進(jìn)出口連接管阻力:Pn1.5 22 222996.2 121.5 747.15Pa2(55)式中能表小水的密度；W2表小管程內(nèi)水流速度。管程總阻力:PN 11431.96323 3978.8 747.15 16156.79Pa(56)8.2克程阻力計(jì)算對(duì)于相同的雷諾數(shù)，殼程摩擦系數(shù)大于管程摩擦系數(shù)，因?yàn)榱鬟^(guò)管束的流動(dòng)有加速、方向變化等。但殼程的壓降不一定大，因壓降與流速、水力直徑、折流板數(shù)、流體密度等有關(guān)，因此在相同的雷諾數(shù)時(shí)殼程壓降有可能壁管程低。查熱交換器原理與設(shè)計(jì)圖2.36可知理想管束摩擦系數(shù)。理想管束錯(cuò)流段阻力:2 一P 4f M1 Nc0.14bk k 21 . w12AC14 0.132_2.77778 52 0.0465672 7580.0005125 0.0007790.14(57)11.8232 Pa式中A取表示理想管束錯(cuò)流段阻力；fk表示理想管束摩擦系數(shù)