管殼式換熱器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、-. z.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(zhuān) 業(yè)：熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè) 班 級(jí)：11-02班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 小組成員：-. z.目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9848 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) PAGEREF _Toc9848 2 HYPERLINK l _Toc3974 第二章 管殼式換熱器簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc3974 3 HYPERLINK l _Toc16042 第三章 設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc16042 5 HYPERLINK l _Toc131 第四章 工藝計(jì)算 PAGEREF _

2、Toc131 6 HYPERLINK l _Toc25237 4.1 物性參數(shù)確實(shí)定 PAGEREF _Toc25237 6 HYPERLINK l _Toc17725 4.2核算換熱器傳熱面積 PAGEREF _Toc17725 7 HYPERLINK l _Toc17314 4.2.1傳熱量及平均溫差 PAGEREF _Toc17314 7 HYPERLINK l _Toc21129 4.2.2估算傳熱面積 PAGEREF _Toc21129 9 HYPERLINK l _Toc20478 第五章 管殼式換熱器構(gòu)造計(jì)算 PAGEREF _Toc20478 11 HYPERLINK l _T

3、oc16336 5.1換熱管計(jì)算及排布方式 PAGEREF _Toc16336 11 HYPERLINK l _Toc17333 5.2殼體徑的估算 PAGEREF _Toc17333 13 HYPERLINK l _Toc23083 5.3進(jìn)出口連接收直徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc2308314 HYPERLINK l _Toc7116 5.4折流板 PAGEREF _Toc7116 14 HYPERLINK l _Toc17806 第六章 換熱系數(shù)的計(jì)算 PAGEREF _Toc17806 20 HYPERLINK l _Toc17225 6.1管程換熱系數(shù) PAGEREF _Toc

4、17225 20 HYPERLINK l _Toc17476 6.2 殼程換熱系數(shù) PAGEREF _Toc17476 20 HYPERLINK l _Toc20798 第七章 需用傳熱面積 PAGEREF _Toc20798 23 HYPERLINK l _Toc16194 第八章 流動(dòng)阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc16194 25 HYPERLINK l _Toc10317 8.1 管程阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc10317 25 HYPERLINK l _Toc15901 8.2 殼程阻力計(jì)算 PAGEREF _Toc15901 26 HYPERLINK l _Toc2886

5、總結(jié) PAGEREF _Toc2886 29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40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)為提高這類(lèi)換熱器性能進(jìn)展的研究主要是強(qiáng)化傳熱，提高對(duì)苛刻的工藝條件和各類(lèi)腐蝕介質(zhì)適應(yīng)性材料的開(kāi)發(fā)以

6、及向著高溫、高壓、大型化方向開(kāi)展所作的構(gòu)造改良。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外表形狀及外表處理方法，以獲得粗糙的外表和擴(kuò)展外表；用添加物的方法以增加流體本身的繞流；將傳熱管外表制成多孔狀，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，充分利用傳熱面積。管殼式熱交換器又稱(chēng)列管式熱交換器是在一個(gè)圓筒形殼體設(shè)置許多平行管子稱(chēng)這些平行的管子為管束，讓兩種流體分別從

7、管空間或稱(chēng)管程和管外空間或稱(chēng)殼程流過(guò)進(jìn)展熱量交換。在傳熱面比擬大的管殼式熱交換器中，管子根數(shù)很多，從而殼體直徑比擬大，以致它的殼程流通截面大。這是如果流體的容積流量比擬小，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，使管外流體在殼體曲折流動(dòng)屢次。因裝置縱向隔板而使流體來(lái)回流動(dòng)的次數(shù)，稱(chēng)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)折流板時(shí)，則不管流體往復(fù)交織流動(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)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，選材圍廣，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

8、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平安系數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)。只有進(jìn)展比擬詳細(xì)的計(jì)算，才能使投入運(yùn)行的熱交換器，在平安和經(jīng)濟(jì)方面得到可靠保證

9、。換熱器一般的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟如下：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(lèi)型等。確定定性溫度，并查取物性數(shù)據(jù)。由熱平衡計(jì)算熱負(fù)荷及熱流體或冷流體的流量。選擇殼體和管子的材料。選定流動(dòng)方式，確定流體的流動(dòng)空間。求出平均溫差。初選傳熱系數(shù)K0，并初計(jì)算傳熱面積F。設(shè)計(jì)換熱器的構(gòu)造包括：選取管徑和管程流體流速；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、殼體徑和連接收直徑等；確定殼側(cè)程數(shù)及折流板的數(shù)目、間距、尺寸等殼程構(gòu)造尺寸；初確定傳熱面積。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)展下一步計(jì)算。殼程換熱計(jì)算。根據(jù)采用構(gòu)造，假定壁溫和計(jì)

10、算換熱系數(shù)。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。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(lèi)型和所給條件，計(jì)算出煤油的流速和水的流速等，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)確實(shí)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)確實(shí)定表3-1 水和煤油的操作參數(shù)冷卻水煤油進(jìn)口溫度出口溫度進(jìn)口溫度出口溫度)264018040 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其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：

11、1水的定性溫度： 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 水與煤油的物性參數(shù)名稱(chēng)定性溫度比熱密度黏度導(dǎo)熱系數(shù)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：3式中M表示煤油的年產(chǎn)量；M1表示煤油流量；t表示時(shí)間。煤油的普朗特常數(shù)：4式中Pr1表

12、示煤油的普朗特常數(shù)；1表示煤油的黏度；cp1表示煤油的比熱；1表示煤油的導(dǎo)熱系數(shù)。水的普朗特常數(shù)： 5式中Pr2表示煤油的普朗特常數(shù)；2表示煤油的黏度；cp2表示煤油的比熱；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)c來(lái)估算損失的熱量。c通常取0.020.03。L取用0.98。 由上面的計(jì)算結(jié)果和條件代入下式可以得出煤油的傳熱量： 6式中Q表示傳熱量；M1表示煤油流量；L熱負(fù)荷修正系數(shù)。由以上的計(jì)算結(jié)果及條件，可以計(jì)算出冷卻水量： 7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

13、 40 水 40 26從而， (8)溫差修正系數(shù)取決于兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)P及R： 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到達(dá)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到達(dá)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。 11式中表示溫度修正系數(shù)。 12式中t1m,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)歷數(shù)值表3-3表3-3 傳熱系數(shù)的選擇依據(jù)經(jīng)歷數(shù)值表熱交換器型式熱交換流體傳熱系數(shù)備注側(cè)外側(cè)管殼式光管)氣氣高壓氣氣高壓氣清水清水高粘度液體高溫液體低粘度液

14、體氣高壓氣氣清水清水清水水蒸氣冷凝清水氣體清水10351701601704502070200700100020002000400010030030200450常壓2030Mpa2030Mpa常壓2030Mpa液體層流液體層流根據(jù)表3-3初選傳熱系數(shù)K0=240W/(m2.)由以上的計(jì)算結(jié)果及條件可以估算出傳熱面積： 13式中表示估算的傳熱面積；K0表示初選傳熱系數(shù)；tm表示有效平均溫差；Q表示傳熱量。由于85.1412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。第五章 管殼式換熱器構(gòu)造計(jì)算5.1換熱管計(jì)

15、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??；同時(shí)，對(duì)于一樣的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面的金屬秏量更少。所喲，在管程結(jié)垢不很?chē)?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換熱管外徑壁厚排列形式管心距碳素鋼，低合金鋼不銹耐酸鋼252.5252正三角形3219219225在此，選用252.5的碳鋼管，采用無(wú)縫焊接工藝。管程水流

16、速可以在表4-2選用：表4-2熱交換器常用流速?lài)?m/s流體流體管程殼程循環(huán)水新鮮水低粘度油高粘度油氣體1.02.00.81.50.81.80.51.55300.51.50.51.50.41.00.30.8215管程水的流速選用2=1m/s。由以上計(jì)算結(jié)果可以算出管程所需流通截面: (14) 式中At表示管程流通面積；M2表示冷卻水量；2表示水的密度；2表示管程水流速。根據(jù)傳熱管的徑和管程所需流通截面積，可以單程管數(shù)： 15)式中At表示管程所需流通面積；di表示傳熱管的徑。管子在管板上的排列方式最常見(jiàn)的如圖4.1a、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、

17、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192022253032352526283238404438404244505256選取管中心距s=32，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距LE=44。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：16垂直于流向的管距： 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)

18、算出管束中心至最外層管中心距為0.161m。 管束外緣直徑： 18 傳熱管的總根數(shù)： 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： 20式中d0表示管徑，d0=0.025m；Zt=2表示兩管程。按標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)6m。5.2殼體徑的估算殼體徑可以用下述公式粗估： 21 22 23 當(dāng)管子按正三角形排列時(shí)，可以按上述公式計(jì)算： 24式中Ds表示殼體徑；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之間： 25式中表示傳熱管長(zhǎng)度；Ds表示殼體徑

19、。所以換熱器的殼體徑和管子長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。5.3進(jìn)出口連接收直徑的計(jì)算確定連接收直徑的根本公式仍可用連續(xù)性方程，經(jīng)簡(jiǎn)化可以用以下公式： 26將26式結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，取1505。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(pán)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，流體流動(dòng)中的死角較小，構(gòu)造也簡(jiǎn)單，因而用的最多。而盤(pán)環(huán)形構(gòu)造比擬復(fù)雜，不便清洗，一般在壓力較高和物料比擬清洗場(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

20、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徑百分?jǐn)?shù)確定的。缺口弦高一般為殼體徑的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 公稱(chēng)直徑換熱管無(wú)支撐跨距300300600600900折流板或支撐板最小厚度400400700344556折流板厚度取6。 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。假設(shè)材料過(guò)軟，則使管子磨損折流板，將相鄰管子間局部磨損，形成穿有數(shù)根管子的大孔，使這些

21、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14Cr1MoR。 折流板缺口弦高度： 27由折流板缺口弦高度和殼體徑可以計(jì)算出折流板的圓心角：折六班圓心角=120度。 表4-5 折流板間距 /mm公稱(chēng)直徑管長(zhǎng)折流板間距50030001002003004506004500600060080015006000150200300450600 折流板數(shù)目： 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

22、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。中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)算出的結(jié)果可以由下面的方程式求得折流板的缺口面積： 29式中Awg表示折流板缺口面積；Ds表示殼體外徑；表示折流板圓心角。 錯(cuò)流區(qū)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)：30式中Fc表示錯(cuò)流區(qū)管數(shù)占總管數(shù)的百分比；Ds表示殼體外徑；DL表示殼體徑；h表示缺口弦高度。 缺口處管子所占面積： 31式中d0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)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)。 流體在缺口處流通面積：32式中Ab

23、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： (33)式中Ac表示兩折流板間錯(cuò)流流通截面積；Ds表示殼體徑；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： 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間錯(cuò)流流通面積。 殼程接收直徑：35式中D1表示殼程接收直徑；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2036。由管子布置圖，可以知道錯(cuò)流區(qū)一排管束：Nc=12根。 每一缺口的有效錯(cuò)流管排數(shù)： 36式中Ncw表示每一缺口的有效錯(cuò)流管排數(shù)；h

24、表示缺口弦高度；sp表示平行于流向的管距。在管殼式換熱器設(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)： 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： 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)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)；nt表示傳熱管總根數(shù)。折流板外緣與殼體壁間泄面積： 39式中Asb表示折流板外緣與殼體壁間泄面積；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

25、章 換熱系數(shù)的計(jì)算6.1管程換熱系數(shù) 管程的雷諾數(shù)： 40式中Re2表示管程的雷諾數(shù)；2表示管程水流速；2表示水的密度；2表示水的黏度；di表示傳熱管的徑。 管程換熱系數(shù)： 41式中2表示管程換熱系數(shù)；2表示水的導(dǎo)熱系數(shù)；di表示傳熱管徑；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)： 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)柋緜鳠嵋蜃樱捎蔁峤粨Q器原理與設(shè)計(jì)圖2.28查出：理想管束傳熱因子js=0.007。折流板缺口校正因子jc可由

26、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。 (43) (44)式中Asb表示折流板外緣與殼體壁間泄面積；Atb表示一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jl=0.87。管束旁通影響的校正因子，它是Fbp和Nss/NcNss為每一錯(cuò)流區(qū)旁路擋板對(duì)數(shù)，Nc為錯(cuò)流區(qū)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=0.94。殼程傳熱因子： 45式中j0表示殼程傳熱因子；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；

27、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： 46式中Gs表示殼程質(zhì)量流速；M1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=55。壁溫下的煤油黏度w1，查物性表w1=0.001203Kg/(s)。殼側(cè)換熱系數(shù)：47式中1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)；表示定性溫度下的煤油黏度；w1表示定性壁溫下煤油的黏度。第七章 需用傳熱面積表6-1 水的污垢熱阻經(jīng)歷數(shù)據(jù) m2*/W水的種類(lèi)加熱流體溫度115加熱流體溫度116205水溫52水溫53水速1m/s水速1m/s水

28、速1m/s水速1m/s干凈的軟水自來(lái)水井水0.000170.000170.000170.000170.000170.000170.000340.000340.000340.000340.000340.00034表6-2 煤油油品及溶液的污垢熱阻經(jīng)歷數(shù)據(jù) /W種類(lèi)污垢熱阻粗煤油成品煤油0.000430.000170.00026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/W。由表6-2，可選成品煤油的污垢熱阻rs1=0.00025/W。校正傳熱系數(shù)： 48式中K表示校正傳熱系數(shù)；1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

29、0表示傳熱管外徑；di表示傳熱管徑。由以上計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出傳熱面積：49式中Q表示傳熱量；K表示校正傳熱系數(shù)；tm表示有效平均溫差。 50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： 51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)；1表示殼側(cè)換熱系數(shù)；rs1表示成品煤油污垢熱阻；tm表示有效平均溫差。第八章 流動(dòng)阻力計(jì)算換熱器流動(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納為：流體具有黏性，流動(dòng)時(shí)存在著摩擦，是產(chǎn)

30、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)阻力可分為兩局部，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P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圍換熱器的操作壓力Pa允許的壓降PaP105表壓P51048.1 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

31、接阻力等三局部組成，因而 52式中Pt表示管程總阻力；Pi表示沿程阻力；Pr表示回彎阻力；PN表示進(jìn)出口連接收阻力。沿程阻力： (53)式中fi表示管摩擦因子；L表示管程總長(zhǎng)；di表示傳熱管徑；2表示水的密度；2表示管程水流速度；2表示冷卻水黏度；w2表示壁溫下的水黏度。回彎阻力： 54式中2表示水的密度；2表示管程水流速度；Zt表示傳熱管的總根數(shù)。進(jìn)出口連接收阻力： 55式中2表示水的密度；2表示管程水流速度。管程總阻力： 568.2 殼程阻力計(jì)算對(duì)于一樣的雷諾數(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)，因此在一樣的雷諾數(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： 57式中Pbk表示理想管束錯(cuò)流段阻力；fk表示理想管束摩擦系數(shù)；M1表示煤油質(zhì)量流量；Nc表示錯(cuò)流區(qū)排管數(shù)；Ac