空冷冷凝器設(shè)計(jì)--畢設(shè)論文

1、空冷冷凝器設(shè)計(jì)-畢設(shè)論文 空冷冷凝器設(shè)計(jì)摘 要:冷凝器是各工業(yè)部門中重要的換熱設(shè)備之一。換熱器作為熱量傳遞中的過程設(shè)備,在化工、冶金、石油、動(dòng)力、食品、國防等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛。換熱器性能的好壞,直接影響著能源利用和轉(zhuǎn)換的效率。近年來,節(jié)能工作開始被全球所重視,而換熱器特別是高效換熱器又是節(jié)能措施中關(guān)鍵的設(shè)備。因此,無論是從上述各工業(yè)的發(fā)展,還是從能源的有效利用,換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都有非常重要的意義。 本設(shè)計(jì)是關(guān)于管翅式空冷器的設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容是進(jìn)行了冷凝器的工藝計(jì)算,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)內(nèi)容首先是傳熱計(jì)算,主要是根據(jù)設(shè)計(jì)條件計(jì)算換熱面積。其次是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以確定各部件的尺寸

2、。最后還包括是強(qiáng)度計(jì)算與校核,主要包括管箱結(jié)構(gòu)與校核和支架的校核。 關(guān)于設(shè)計(jì)管翅式冷凝器的各個(gè)環(huán)節(jié),在后面設(shè)計(jì)書中做詳細(xì)的說明。 關(guān)鍵詞:冷凝器;傳熱;結(jié)構(gòu);強(qiáng)度;管翅式換熱器;Design of Air-cooled Condenser Abstract:Condense is one of the most important heat exchanging equipments in industrial field. As a heat transfer in the processing equipment, exchanger is widely applied in chemic

3、al industry, metallurgy, oil, power, food, defense industry. In recent years, the problem of energy-saving is beginning to be regarded all over the world. And heat exchanger, particularly efficient heat exchanger,It is the key to energy-saving equipment. Therefore, whether from the foregoing the dev

4、elopment of industry, or from efficient energy use, the reasonable heat exchanger design, manufacturing, selection and running all have very important significance The manual is about the Finned tube condenser,which included process calculation , the structural design and intensityThe first part of

5、this manual is the heat transfers calculation. Mainly, it is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area. Next is the structure design to determine the size of the components. Finally also including the strength calculation and checking, mainly including the TubeBoxs

6、 structure and the support checking. About the design of the Finned tube condenser, The detailed content is in the back of the design instructions Key words: Condenser ; Heat transfer; Structure; StrengthFinned tube exchanger目 錄1 緒論12 冷換設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)12.1 換熱器的應(yīng)用與分類12.1.1 換熱器的應(yīng)用12.1.2 換熱器的分類12.2 冷凝器概述22.3管翅式

7、換熱器32.3.1 管翅式換熱器基本結(jié)構(gòu)32.3.2 管翅式換熱器的工作特性32.4 冷凝器的換熱分析42.5 冷凝器中凝結(jié)換熱過程分析53 傳熱計(jì)算83.1 空冷冷凝器的設(shè)計(jì)條件及基本參數(shù)83.2 空冷冷凝器的設(shè)計(jì)條件及基本參數(shù)83.2.1 迎風(fēng)面速度的選擇83.2.2 管程數(shù)的選擇83.3 熱負(fù)荷計(jì)算93.3.1已知條件分析93.3.2熱負(fù)荷計(jì)算93.3.3 空冷器初選方案的計(jì)算103.3.4管內(nèi)傳熱系數(shù)計(jì)算123.3.5 風(fēng)量和空氣出口溫度的計(jì)算133.3.6 傳熱溫差計(jì)算:143.3.7 翅片管外空氣膜傳熱系數(shù)的計(jì)算143.3.8 各項(xiàng)熱阻的計(jì)算和選取,153.3.9 總傳熱系數(shù):15

8、3.3.10 傳熱面積:153.3.11管程壓力降163.3.12 管外翅片阻力,173.3.13 風(fēng)機(jī)功率計(jì)算173.3.14 風(fēng)機(jī)的過冬計(jì)算183.3.15 風(fēng)機(jī)噪音估算:183.3.16 調(diào)速風(fēng)機(jī)的節(jié)能184 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)194.1管束的參數(shù)確定與布管設(shè)計(jì)194.2 管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)204.3管箱設(shè)計(jì)壁厚的選取與校核214.4 換熱管與管板連接254.5管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)274.6管束設(shè)計(jì)314.6.1管束材料的選擇314.6.2管束定距結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)324.7空冷器的空氣流道密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)355經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析365.1 能耗分析365.2 節(jié)能措施366 設(shè)計(jì)總結(jié)38致 謝39參考文獻(xiàn)401 緒論

9、能源是當(dāng)前人類面臨的重要問題之一,能源開發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國的重要課題,而換熱設(shè)備是能源利用過程中必不可少的設(shè)備,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用,在化工、冶金、動(dòng)力、交通、航空與航天等部門中應(yīng)用尤為廣泛。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,對能源利用、開發(fā)的合理性與有效性的要求不斷提高,因而對換熱器性能的要求也日益加強(qiáng)。特別是對換熱器的研究必須滿足各種特殊情況和苛刻條件的要求,對它的研究也就顯得更為重要。因此,在換熱器的生產(chǎn)及研究開發(fā)上除了滿足各種必需的工藝條件之外,對它的綜合性能也提出了更高的要求。 近幾年由于新技術(shù)發(fā)展、新能源開發(fā)利用、工藝的要求、環(huán)境保護(hù)等諸多因素的要求,傳熱強(qiáng)化技術(shù)和換熱器現(xiàn)代研究、設(shè)計(jì)方

10、法獲得飛速發(fā)展,設(shè)計(jì)人員開發(fā)出多種新型的換熱器。與此同時(shí),各種類型的換熱器越來越受到各界的重視,而換熱設(shè)備又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備,因此,無論是從工業(yè)的發(fā)展,還是從能源的有效利用,換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都具有非常重要的意義。換熱器是在具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設(shè)備。在工業(yè)中,換熱器主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體,使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo),以滿足過程條件的需要。 冷凝器屬于換熱器的一種,它是制冷系統(tǒng)中重要的換熱設(shè)備。它的主要作用是將設(shè)備排出的高溫、高壓狀態(tài)下的氣態(tài)制冷劑予以冷卻并液化。滿足制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)使用要求。在冷凝過程中

11、放出的熱量由冷卻介質(zhì)水或空氣帶走。根據(jù)冷卻介質(zhì)種類的不同,冷凝器主要可分為水冷冷凝器、空冷也稱風(fēng)冷冷凝器以及水和空氣聯(lián)合冷卻式冷凝器。在大多數(shù)條件下,這三種冷凝器均能取得良好的效果。但隨著科技的發(fā)展以及全球水資源日益緊張,空冷式冷換設(shè)備已在石油、化工、冶金、核能、電力等行業(yè)得到大量的應(yīng)用。 空冷冷凝器器是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì),橫掠翅片管外使管內(nèi)高溫工藝流體得到冷凝的設(shè)備。空冷式冷凝器利用空氣作為冷卻介質(zhì),替代了循環(huán)水系統(tǒng)對環(huán)境的污染,節(jié)能效果非常明顯。此外,還具有維護(hù)費(fèi)用低、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)主要是圍繞臥式空冷凝器展開設(shè)計(jì),熟悉石油化工行業(yè)中換熱裝置及其工藝流程,熟悉其

12、工作原理。了解換熱器的結(jié)構(gòu),并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。2 冷換設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1 換熱器的應(yīng)用與分類2.1.1 換熱器的應(yīng)用 換熱器作為熱量傳遞中的過程設(shè)備,在化工、冶金、石油、動(dòng)力、食品、國防等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛。冷凝器是各工業(yè)部門中重要的換熱設(shè)備之一。換熱器性能的好壞,直接影響著能源利用和轉(zhuǎn)換的效率。近年來,節(jié)能工作開始被全球所重視,而換熱器特別是高效換熱器又是節(jié)能措施中關(guān)鍵的設(shè)備。因此,無論是從上述各工業(yè)的發(fā)展,還是從能源的有效利用,換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都有非常重要的意義。2.1.2 換熱器的分類 換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見,在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍,特別是耗能用量十分大

13、的領(lǐng)域,隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展,換熱器的種類開發(fā)越來越多。適用于不同介質(zhì)、不通工況、不同溫度、不同壓力的換熱器,結(jié)構(gòu)和形式也不盡相同,換熱器種類隨新型、高效換熱器的開發(fā)不斷更新,其中常見的一些具體分類如下:(一)按傳熱原理分類1. 直接傳熱式換熱器這類換熱器又稱混合式換熱器。它是一種不需傳熱壁面,利用冷熱流體直接接觸進(jìn)行換熱的操作過程的換熱器。直接接觸式換熱器具有傳熱效率高,單位容積提供的傳熱面積大,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場所。2. 蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。它是借助于固體構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸,把熱量從熱流體傳給冷流體的

14、換熱器。3. 間壁傳熱式換熱器 又稱表面式換熱器。它是利用間壁將進(jìn)行熱交換的冷熱流體隔開,互不接觸,熱量又熱流體通過壁面?zhèn)鬟f給冷流體。是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器,其形式多樣,常見的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。本論文所研究的管翅式換熱器也屬于其一種。4中間載體式換熱器 這類換熱器是把兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán),在高溫流體換熱器中吸收熱量。在低溫流體換熱器中把熱量放給低溫流體。(二)按結(jié)構(gòu)分類 分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、U形管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、

15、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動(dòng)管板式換熱器(三)按傳熱種類分類 1 無相變傳熱 一般分為加熱器和冷卻器 2 有相變傳熱 一般分為冷凝器和重沸器。其中,冷凝器是本論文所研究的重點(diǎn)。2.2 冷凝器概述 冷凝器是制冷系統(tǒng)中重要的換熱設(shè)備。它的主要作用是將設(shè)備排出的高溫、高壓狀態(tài)下的氣態(tài)制冷劑予以冷卻并液化。滿足制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)使用要求。在冷凝過程中放出的熱量由冷卻介質(zhì)水或空氣帶走。 根據(jù)冷卻介質(zhì)種類的不同,冷凝器主要可分為水冷冷凝器、空冷也稱風(fēng)冷冷凝器以及水和空氣聯(lián)合冷卻式冷凝器。在大多數(shù)條件下,這三種冷凝器均能取得良好的效果。但隨著科技的發(fā)展以及

16、全球水資源日益緊張,空冷式冷換設(shè)備已在石油、化工、冶金、核能、電力等行業(yè)得到大量的應(yīng)用。 空冷冷凝器器是以環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì),橫掠翅片管外使管內(nèi)高溫工藝流體得到冷凝的設(shè)備?？绽涫嚼淠骼每諝庾鳛槔鋮s介質(zhì),替代了循環(huán)水系統(tǒng)對環(huán)境的污染,節(jié)能效果非常明顯。此外,還具有維護(hù)費(fèi)用低、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 圖2-1 空冷冷凝器簡圖 空冷冷凝器的基本部件如下: 管束:由管箱、翅片管、和框架組合構(gòu)成。需要冷凝的流體在管內(nèi)通過,空氣在管外橫掠流過翅片管束,對流體進(jìn)行冷凝。 風(fēng)機(jī):一個(gè)或幾個(gè)一組的風(fēng)機(jī)驅(qū)使空氣流動(dòng)。 構(gòu)架:冷凝器管束及風(fēng)機(jī)的的支撐部件; 附件:如百葉窗、蒸汽盤管、梯子、平臺等。

17、根據(jù)管束布置形式,空冷冷凝器可分為臥式(水平式)空冷冷凝器、立式空冷冷凝器和斜頂式空冷冷凝器。 臥式空冷冷凝器的管束水平放置。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、管內(nèi)熱流體和管外空氣分布比較均勻,缺點(diǎn)是占地面積大。但新建裝置多采用此結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)進(jìn)行介質(zhì)冷凝時(shí),為防止冷凝液滯留管中,管子應(yīng)有3°或1%的傾角?？绽淅淠鞯幕拘问蕉酁楣艹崾?下面對管翅式換熱器做以重點(diǎn)介紹。2.3管翅式換熱器2.3.1 管翅式換熱器基本結(jié)構(gòu) 管翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示,管翅式換熱器的結(jié)構(gòu)與一般管殼式換熱器基本相似,只是用翅片管代替了光管作為傳熱面。翅片管換熱器可以僅有一根或若干根翅片管組成。翅片管事管翅

18、式換熱器中主要換熱元件。管內(nèi)管外流體通過管壁及翅片進(jìn)行熱交換,由于翅片擴(kuò)大了傳熱面積,使換熱得以改善。 圖2?2 管翅式換熱器基本結(jié)構(gòu)示意圖 翅片管規(guī)格品種很多。從材料上講,有碳鋼、銅鋁、不銹鋼等,還有復(fù)合材料,如鋼鋁復(fù)合,即基管采用鋼,翅片采用鋁;較常見的翅片形式大致有以下幾種:套脹的整體翅片、螺旋形纏繞或焊接或者釬焊翅片、環(huán)形翅片、螺旋型纏繞細(xì)金屬絲、縱向翅片管等。2.3.2 管翅式換熱器的工作特性 管翅式換熱器是廣泛應(yīng)用的熱交換設(shè)備之一。它常常應(yīng)用在兩側(cè)流體的換熱性能相差甚大的情況下,通常是以管外側(cè)安裝翅化表面來減小換熱性能較差流體的換熱熱阻,而換熱性能較好的流體在管內(nèi)流動(dòng)仍然保持較小的

19、換熱熱阻,從而達(dá)到整體增強(qiáng)換熱器傳熱效果的目的。 管翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)主要是:1. 傳熱能力強(qiáng),與光管相比,傳熱面積可增大210倍,傳熱系數(shù)可提高了12倍;2. 結(jié)構(gòu)緊湊。由于單位體積傳熱面加大,傳熱能力增強(qiáng),同樣熱負(fù)荷下與光管相比,翅片管換熱器管子少。殼體直徑或高度可減小,因而結(jié)構(gòu)緊湊且便于布置;3. 可以更有效和合理地利用材料。不僅因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)緊湊使材料用量減少,而且有可能針對傳熱和工藝要求來靈活選用材料,例如不同材料制成地鑲嵌或焊接翅片管等;4. 當(dāng)介質(zhì)被加熱時(shí),與光管相比,同樣熱負(fù)荷下地翅片管管壁溫度tw有所降低,這對減輕輕金屬面的高溫腐蝕和超溫破壞是有利的。不管介質(zhì)是被加熱或冷卻,傳熱溫差

20、|tf-tw|都比光管時(shí)小,這對減輕管外表面結(jié)垢是有利的。結(jié)垢減輕的另一重要原因是翅片管不會像光管那樣沿圓周或軸向結(jié)成均勻的整體垢層,沿翅片和管子表面結(jié)成的垢片在脹縮作用下,會在翅根處斷裂,促使硬垢自行脫落;5. 對于相變換熱,可使換熱系數(shù)或臨界熱流密度增高。 它的主要缺點(diǎn)是造價(jià)高和流阻大。例如空冷器的翅片管由于工藝復(fù)雜,其造價(jià)達(dá)設(shè)備費(fèi)用的3060%;在以空冷代替水冷時(shí),由于空氣密度遠(yuǎn)小于水,則相對于水冷卻器,空冷器的體積很大;因?yàn)楸砻嬗谐?流動(dòng)阻力就大,所以動(dòng)力消耗也大。當(dāng)然,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使它造型合理以盡量減少動(dòng)力消耗,使之與光管相比,達(dá)到傳熱增強(qiáng)的得益優(yōu)于動(dòng)力消耗的增加。2.4 冷凝器的換熱分

21、析 冷凝器和其它間壁式換熱器一樣通過換熱表面將冷熱流體隔開,使溫度不同的流體在換熱表面兩側(cè)流動(dòng),利用換熱表面的傳熱作用實(shí)現(xiàn)冷熱流體之間的熱量交換。冷凝器的換熱計(jì)算可以利用間壁式換熱器熱交換公式進(jìn)行計(jì)算,其中: :為熱交換量,單位kw :為總傳熱系數(shù),單位kw/m2 :為與冷熱流體接觸的間壁的面積,單位m2 :為冷熱流體的對數(shù)平均溫差,單位 由上式可以看出,為了提高冷凝器的換熱效率,可以從三個(gè)方面加以考慮即增加冷凝器的換熱面積、增大冷凝器中冷熱流體之間的溫差以及增大冷凝器的換熱系數(shù)。 (1)加大傳熱溫差t是加強(qiáng)換熱效果常用的措施之一。在冷凝器使用過程中,提高管內(nèi)冷卻介質(zhì)蒸汽的壓力,提高熱水溫度,

22、冷凝器冷卻水用溫度較低的深井水代替自來水,空氣冷卻器中降低冷卻水的溫度等,都可以直接增加換熱器傳熱溫差t。但是,對于一定的運(yùn)行環(huán)境來說,冷熱流體的溫度基本已經(jīng)確定,這時(shí)可以通過改變冷熱流體的布置來提高平均溫差,進(jìn)而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。增加傳熱溫差t是有一定限度的,我們不能把它作為增強(qiáng)傳熱效果最主要的手段,使用過程中我們應(yīng)該考慮到實(shí)際工藝或設(shè)備條件上是否允許。依靠增加換熱器傳熱溫差t只能有限度的提高換熱器換熱效果;同時(shí),我們應(yīng)該認(rèn)識到,傳熱溫差的增大將使整個(gè)熱力系統(tǒng)的不可逆性增加,降低了熱力系統(tǒng)的可用性。所以,不能一味追求傳熱溫差的增加,而應(yīng)兼顧整個(gè)熱力系統(tǒng)的能量合理使用。 (2).擴(kuò)展傳熱面積

23、是增加傳熱效果使用最多、最簡單的一種方法。在擴(kuò)展傳熱面積的過程中,如果簡單的通過單一地?cái)U(kuò)大設(shè)備體積來增加傳熱面積或增加設(shè)備臺數(shù)來增強(qiáng)傳熱量,不光需要增加設(shè)備投資,設(shè)備占地面積大,同時(shí),對傳熱效果的增強(qiáng)作用也不明顯,這種方法已經(jīng)淘汰?，F(xiàn)在使用最多的是通過合理地提高設(shè)備單位體積的傳熱面積來達(dá)到增強(qiáng)傳熱效果的目的,如在冷凝器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的翅片管、波紋管、板翅傳熱面等材料,通過這些材料的使用,單臺設(shè)備的單位體積的傳熱面積會明顯提高,充分達(dá)到換熱設(shè)備高效、緊湊的目的。 (3).增強(qiáng)傳熱效果最積極的措施就是設(shè)法提高設(shè)備的傳熱系數(shù)(K)。傳熱系數(shù)(K)的大小實(shí)際上是由傳熱過程總熱阻的大小

24、來決定,傳熱過程中的總熱阻越大,傳熱系數(shù)(K)值也就越低;傳熱系數(shù)(K)值越低,傳熱效果也就越差。冷凝器的傳熱過程主要包括冷卻介質(zhì)在冷凝器內(nèi)壁的凝結(jié)換熱、冷凝器壁上的熱傳導(dǎo)以及冷凝器與外界之間的換熱三個(gè)部分。根據(jù)三種方式的影響因素及可操作的范圍,熱傳遞過程的強(qiáng)化主要集中在對流換熱與輻射換熱的領(lǐng)域,其中對流換熱尤為活躍。國內(nèi)外對強(qiáng)化對流換熱的手段開展了廣泛的研究,目前已開發(fā)出來的強(qiáng)化手段可大致分為無源技術(shù)(又稱為被動(dòng)式技術(shù))及有源技術(shù)(又稱為主動(dòng)式技術(shù))兩大類。強(qiáng)化傳熱的無源技術(shù)是指除了輸送傳熱介質(zhì)的功率損耗外不再需要附加動(dòng)力的技術(shù);有源傳熱強(qiáng)化則是需要采用外加動(dòng)力(機(jī)械力、電磁力)的技術(shù)。無源

25、技術(shù)包括以下一些手段:涂層表面、粗糙表面、擴(kuò)展表面、擾流元件、渦流發(fā)生器、螺旋管、添加物、沖擊射流換熱。有源強(qiáng)化技術(shù)包括:對換熱介質(zhì)做機(jī)械攪拌、使換熱器表面振動(dòng)、使換熱流體振動(dòng)、將電磁場作用于流體以促使換熱表面附近流體的混合,將異種或同種流體噴入換熱介質(zhì)或?qū)⒘黧w從換熱表面抽吸走。2.5 冷凝器中凝結(jié)換熱過程分析 冷凝器中的蒸氣遇冷凝結(jié)從其本質(zhì)上說屬于對流換熱范圍,是伴隨有相變的對流換熱。蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)有兩種不同的凝結(jié)形式。如果凝結(jié)液體能很好的潤濕壁面,它就在壁面上鋪展成膜,這種凝結(jié)形式稱為膜狀凝結(jié)。膜狀凝結(jié)時(shí),壁面總是被一層液膜覆蓋著,凝結(jié)放出的相變熱(潛熱)必須穿過液膜才能傳

26、到冷卻壁面上去。這時(shí),液膜層就成為換熱的主要熱阻。而這些又取決于壁的高度液膜流程長度以及蒸氣與壁的溫度差。一般地說,層流膜狀凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是隨壁的高度及溫度差的增加而降低,而紊流膜狀凝結(jié)與此相反。當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的潤濕壁面時(shí),凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液珠,稱為珠狀凝結(jié)。在珠狀凝結(jié)時(shí),由于冷凝液不能完全覆蓋冷凝壁面,可認(rèn)為換熱是在蒸氣與液珠表面和蒸氣與裸露的壁之間進(jìn)行的,由于液珠的表面積比它所占的壁面面積大很多,而且裸露的壁面無液膜形成的熱阻,故珠狀凝結(jié)的換熱性能遠(yuǎn)比膜狀凝結(jié)為好,具有很高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。在幾乎所有的常用蒸氣,包括水蒸氣在內(nèi),在大多數(shù)工業(yè)冷凝器,特別是動(dòng)力冷凝器上,實(shí)際得

27、到的都是膜狀凝結(jié),因?yàn)橹闋钅Y(jié)很不穩(wěn)定,目前還難于獲得實(shí)用的持久性珠狀凝結(jié)過程除水銀等不潤濕壁面的介質(zhì)外。1916年努謝爾特(Nusselt)對豎直壁面上純蒸汽層流膜狀凝結(jié)進(jìn)行了理論分析。他根據(jù)連續(xù)液膜層流運(yùn)動(dòng)及導(dǎo)熱機(jī)理,建立了液膜運(yùn)動(dòng)微分方程式和能量方程式,然后求解液膜內(nèi)的速度場和溫度場,從而得出表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的理論解。 (2.1-1) 該式計(jì)算結(jié)果一般較實(shí)驗(yàn)結(jié)果約低20%,但該理論解是層流膜狀凝結(jié)換熱計(jì)算的基礎(chǔ)。在工程計(jì)算中通常采用把理論式系數(shù)增加20%的實(shí)驗(yàn)公式,即: (2.1-2) 如果凝結(jié)壁面是與水平方向成一定的傾斜角度時(shí),只要將計(jì)算公式中的重力加速度用修正數(shù)值代入即可。 努塞爾公式推

28、廣到水平管的層流膜狀凝結(jié)時(shí),平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式為 (2.1-3) 在使用以上膜狀凝結(jié)換熱的計(jì)算公式時(shí)所涉及的液體和蒸汽物性量,除汽化潛熱在蒸汽飽和溫度下取值外,均在膜溫度下取值。一般的討論都是針對飽和蒸氣的凝結(jié)而言的。對于過熱蒸氣,實(shí)驗(yàn)證明只要把計(jì)算式中的潛熱改用過熱蒸氣與飽和液的焓差,也可以采用飽和蒸氣的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算過熱蒸氣的凝結(jié)換熱。在制冷系統(tǒng)中,進(jìn)入冷凝器的冷卻介質(zhì)蒸氣通常都具有一定的過熱度14,冷凝器中絕大多數(shù)情況下發(fā)生的實(shí)際上是具有過熱的蒸氣凝結(jié)過程。到目前為止,對具有過熱的蒸氣凝結(jié)換熱特性研究的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)不多。Sparrow等相似變換方法研究了過熱蒸氣在垂直平板的凝結(jié)過程。根據(jù)

29、與Chen的管內(nèi)對流沸騰換熱系數(shù)計(jì)算關(guān)系式的比擬方法。Lee等假定具有過熱的蒸氣凝結(jié)換熱系數(shù)可以表示為顯熱傳遞的對流項(xiàng)與飽和蒸氣凝結(jié)換熱的凝結(jié)項(xiàng)的疊加。在此基礎(chǔ)上,Lee等通過引入兩個(gè)修正系數(shù)提出了計(jì)算具有過熱的蒸氣凝結(jié)換熱系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。Lee等并對R-22在蒸氣過熱度為1.965和質(zhì)量流速變化范圍為150350的管內(nèi)凝結(jié)換熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,R-22在水平管內(nèi)凝結(jié)換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與所發(fā)展關(guān)系式的預(yù)測值符合很好。 3 傳熱計(jì)算3.1 空冷冷凝器的設(shè)計(jì)條件及基本參數(shù)計(jì)算部分及其CAD圖紙(合計(jì)3張A0圖紙,DWG格式,可編輯)如有需要,可聯(lián)系:709052858,價(jià)格優(yōu)惠!3.2 空冷冷凝

30、器的設(shè)計(jì)條件及基本參數(shù)3.2.1 迎風(fēng)面速度的選擇 空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(1atm, 20)下通過迎風(fēng)面的速度,簡稱標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度,通常使用該參數(shù)來確定空氣的流速。迎風(fēng)面速度的選擇要求適當(dāng),風(fēng)速太高使得空氣側(cè)壓力降較大、電機(jī)功率消耗大;風(fēng)速太低使得傳熱速率低、換熱面積增加。另外風(fēng)速過高或過低給風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)也帶來很大困難。管排數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度的關(guān)系見下表。管排數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度的關(guān)系管排數(shù)3456789101112標(biāo)準(zhǔn)迎風(fēng)面速度/m/s3.152.842.742.542.442.82.52.33.153.002.832.752.582.52.332.252.162.08 在設(shè)計(jì)過程中,風(fēng)速應(yīng)根據(jù)所選翅

31、片管類型及高低翅片管做適當(dāng)調(diào)整。例如,對于橢圓翅片管,所選風(fēng)速應(yīng)比推薦值有所提高。當(dāng)采用引風(fēng)式空氣冷卻器時(shí),因風(fēng)機(jī)入口處空氣溫度較高,為節(jié)省動(dòng)力可采用較低的迎風(fēng)速度,但空氣冷卻器的傳熱面積要稍大些。3.2.2 管程數(shù)的選擇 選擇管程數(shù)主要取決于允許的管程壓力降和流體的溫度變化范圍。管程允許壓力降和流體溫度變化范圍較大的可選擇多管程。單相流體冷卻時(shí),在滿足允許壓力降條件下盡量提高流速,一般液體流速在0.51.5 m/s,氣體質(zhì)量流速。管內(nèi)流體處于湍流狀態(tài)最有利,因此選擇兩管程以上的比較合適。對于冷凝過程,如果對數(shù)平均溫差的校正系數(shù)大于0.8,可采用單管程,否則應(yīng)考慮采用兩管程或多管程。6 設(shè)計(jì)總

32、結(jié) 通過這次空冷器設(shè)計(jì),我從中學(xué)到了不少的東西。無論從工作原理,還是從結(jié)構(gòu)組成,讓我對換熱器這類設(shè)備,有了一個(gè)深刻的認(rèn)識和理解。掌握了換熱器,尤其是空冷器各個(gè)部件之間的裝配關(guān)系,也了解到了它們在工廠的加工過程。理論聯(lián)系實(shí)際,使我對以前的所學(xué)的知識也有了新的認(rèn)識。 其次,也熟練掌握了AUTO CAD 與OFFICE 軟件。對我以后的學(xué)習(xí)和工作也有很大的幫組。 最后,在本次設(shè)計(jì)中,我也認(rèn)識到了自身的不足,自身的能力還有待提高,還有很多不夠合理的地方,除了自己掌握的知識還不是很牢固外,還有自身的能力還有待提高,希望自己在工作后能夠繼續(xù)努力。 在李老師的嚴(yán)格要求和指導(dǎo)下,我才能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。李老師在設(shè)計(jì)過程中給我提出了許多寶貴的建議,在此向李老師表示衷心的感謝。 光陰荏苒,轉(zhuǎn)眼間四年大學(xué)生涯即將結(jié)束。希望這份畢業(yè)設(shè)計(jì),能給我的大學(xué)生活畫上一個(gè)完美的句號。計(jì)算部分及其CAD圖紙(合計(jì)3張A0圖紙,DWG格式,可編輯)如有需要,可聯(lián)系:709052858,價(jià)格優(yōu)惠! 致 謝 本設(shè)計(jì)是在李老師的幫助和指導(dǎo)下完成的,在設(shè)計(jì)的選題以及設(shè)計(jì)的方法上,李老師給了我們莫大的幫助與關(guān)懷。李老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間,對我們嚴(yán)格要求,要求我們能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)圖紙的任務(wù),培養(yǎng)我們獨(dú)立解決問題的能力,還從自己的寶貴時(shí)間中抽時(shí)間為我們審閱圖,并