管殼式換熱器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文檔Henan Polytechnic University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 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.

2、1 管程換熱系數(shù) 206.2 殼程換熱系數(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140c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140C,出口溫度40c(2)冷卻水介質(zhì)：入口溫度26C,出口溫度40c標(biāo)準(zhǔn)文案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?？v然各種板式換熱 器的競(jìng)爭(zhēng)力不斷上升，管殼式換熱器

3、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；

4、 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

5、空間成為多程。而當(dāng)裝設(shè)折流板時(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 50c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

6、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：選取管徑和管程流體流

7、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)算出煤油的流速 和水的流速

8、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 ml1”10七(D水的定性溫度:(2),'','t t mi 2 t 226 40 ccL二 33 C2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)果見表2-2:表3-2水與煤油

9、的物性參數(shù)名稱定性溫度1' C比熱kj/kgLk密度kg/ m3黏度Mpa|_|s導(dǎo)熱系數(shù)W mLk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：Mi100003600=2.77778kg； s(3)式中M表小煤油的年廠量；Mi表小煤油流量；t表小時(shí)間煤油的普朗特常數(shù):(4)0.0005152 2.

10、435 =12.16310.01026式中Pr1表示煤油的普朗特常數(shù)；曲表示煤油的黏度；Cp1表示煤油的比熱；為表 示煤油的導(dǎo)熱系數(shù)水的普朗特常數(shù):prp20.0007422 401760.6623=4.67755(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 傳熱量及平均溫差般情況下，工程上常用熱損失系數(shù)4c來估算損失的熱量。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 = MQ1 t-t'： l-2.77778 2.435 180-40 0.98-92

11、8.004kW式中Q表小傳熱量；M1表小煤油流量；s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：M2Qcp2 t 2-t 2928.004=15.8807 kg s4.176 40 -26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 c 40 c水 40 c 26 C從而, t1 m,ctmaxf "tmin tmax180 -40 40 -26二 , 180 -40 In40 -26=54.7211C(8)溫差修正系數(shù)里取決于兩個(gè)無量綱參數(shù)P及R:t2 -t240 -26P 21=0.0

12、909091t1 -t2180-26(9)t 1 t 1t2 -t2180-4040-26=10(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1In1 -P1 - PRR -1.102 1 10-12 _P 1 R_ R 1In2 -P 1 R , R2 1In J0.09090911 -0.0909091 102 -0.0909091 1 10- 102 1In -2 -0.0909091 1 1

13、0102 1(11)=0.829935式中甲表示溫度修正系數(shù)。：tm - 彳 ：t1mc =0.829935 54.72110 =4504149 IIII H,C式中At1m,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3-3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/(m2L°C)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200040

14、00高粘度液體清水100300液體層流高溫液體氣體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)K0=240W/(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:85.1412m2(13)Q928.00 10001 -: :-K0.：tm240 45.4149 '. 一一 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

15、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，而且管壁較薄；同時(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，

16、采用無縫焊接工藝管程內(nèi)水流速可以在表4-2選用：表4-2熱交換器內(nèi)常用流速范圍m/s流體流體管程殼程循環(huán)水1.02.00.51.5新鮮水0.81.50.51.5低粘度油0.81.80.41.0高粘度油0.5 1.50.3 0.8氣體530215管程內(nèi)水的流速選用W2=1m/s由以上計(jì)算結(jié)果可以算出管程所需流通截面一 _ 2= 0.01596m(14)M2 _ 15.8807 ：2 2 - 996.2 1式中At表小管程流通面積；M2表小冷卻水量；&表小水的密度；GC2表小管程內(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):4A二d24 0.01596""

17、""23.14159 0.02= 50.8192 ： 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常見的如圖 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)米用正方形排列(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192022253

18、03235s25262832384044lE38404244505256選取管中心距s=32mm,分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 Le=44 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：sp = scos30= 3 2-3 = 2 7. ri7 m3p2垂直于流向的管距：(16)sn = ssin 30' =32 - = 16mm p2(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 = 0.347 m(18)傳熱管的總根數(shù):nt =nZ

19、t =5 1 2 1 04(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:, F85.1412l5.88775mnZtd0二51 2 二 0.025(20)式中d。表示管內(nèi)徑，d°=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' =(1L1.5)d。(22)(23)實(shí)用文檔當(dāng)管子按正三角形排列時(shí)，可以按上述公式計(jì)算：Ds =（1.同一 s1）2 d1. 5= 1.1 ,（ 04 1 ） 0,0 32 1 . 5 0.02 5= 0.4508m（24）

20、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=12Ds 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：C 記15.8807D2 =1.13=1.13142.78mmY P8，996,2父 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

21、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。標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔在此，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)使流體通過缺口時(shí)與橫過管束時(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

22、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公稱直徑換熱管無支撐跨距Dn<300>300600>600900折流板或支撐板最小厚度<400345400 W 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

23、度：h =0.25Ds= 0.25 父 0.5 = 0.125m(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。表4-5折流板間距/mm公稱直徑管長(zhǎng)折流板間距言00<300010020030045060045006000一60080015006000150200300450600折流板間距取：I = 0.25m，折流板數(shù)目：l 6“Nb = -1 =1 = 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：通過折

24、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:瑪sin Ds20.5212八 八 4IL23一(12 0.1250.5sin 3標(biāo)準(zhǔn)文案(29)=0.03361m2式中Awg表示折流板缺口面積；Ds表示殼體外徑；8表示折流板圓心角錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)：Fc =工二 2( Ds I2h)sinarccos( Ds -2h) -2arccos(

25、 Ds -2h)二DlDlDl1, c/0.5-2 0.125、.0.5-2 0.125、，0.5-2 0.125、二一，-2()sinarccos() - 2arccos()二0.3470.3470.347=0.764553(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表示缺口弦高度。缺口處管子所占面積:.22二 d0二 0.02nt 1 - Fc = 1041-0.764553 , -0.0068189188(31)式中do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 =4 =0.0

26、312-0.00681891 = 0.024389m2(32)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:D, deA =lsDs -Dll0 s-d。s= 0.2 0.5 -0.347 0347 0.0250.032 -0.025 0.0322= 0.043567m233)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 :. AbUAc :0.024389 0.043567 : 0.032597m2(34)式中As表示殼程流通面積

27、；Ab表示流體在缺口處流通面積;Ac表示流體在兩折流板問錯(cuò)流流通面積。殼程接管直徑:c4As4 0.032597(35)(36)Di = .= ,= 0.203726 m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)：h0.125Ncw =0.8 =0.8 =3.608Sp0.0277p式中New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

28、占分?jǐn)?shù)：1Fbp =(Ds應(yīng)比氏/人= (0.5 -0.347 0.5 1 0.044) 0.2/0.043567= 0.722(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)；Ae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 _Ab =y。dH -d。1 Fe nt2二/0.025 0.0254-0.025 0.2 1 -0.764553 1142= 0.0031598m(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；Fe表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)；

29、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：Asb =，*-Db)n -arccos 'l2hDs>0.5 0.5-0.4955二-arccosl-2 0127 0.52(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):Re2 二2皿21 996.2 0.020.0007422= 26804.09(40)式中Re2表示管程的雷諾數(shù)；皿表示管程內(nèi)水流速；化表示水的密度；正表示水 的黏度；di表示傳熱管的內(nèi)徑管程換熱系數(shù): 2 =上 0.02

30、3Re20.8 Pr20.4 diV0.6623 0.023 26804.090.8 4.677550.4 0.02(41)= 4924.03W.'(m2L；C)式中a2表示管程換熱系數(shù)；加表示水的導(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。2.77778 0.02540.0005152 0.043567= 31110.1359(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表示流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積。假定殼程流體全部錯(cuò)流流過管束，在此理想管束中純錯(cuò)流時(shí)的柯爾本傳熱因子

31、，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。AsbAsbAtb0.00242120.0024212 0.003159799= 0.4372Asb Atb0.0024212 0.00315979-sb-tb = =0.1546Ac0.043567(44)(43)式中Asb表示折流板外緣與殼體內(nèi)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

32、.30查取折流板泄露影響的校正因子ji=0.87。管束方通影響的校正因子jb,它是Fbp和Nss/Nc （Nss為每一錯(cuò)流區(qū)內(nèi)為路擋板對(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=0.94o殼程傳熱因子:(45)j0 = jsjbjijc =0.007 0.94 0.87 1.1 =0.006297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；ji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：Gs2.777780.032597=85.21468 kg.' m2Ls(46)式中Gs表示殼

33、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。壁溫下的煤油黏度阿1,查物性表阿1=0.001203Kg/（ nf * s）。殼側(cè)換熱系數(shù)：二1 jGscpPr* （士工1 0.14OO0.14=0.006297M85.21468M 2.435父 12.163產(chǎn) 父(0.00051250.000779)= 231.3831(W/m2LfC )(47)式中仍表示殼側(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；豳1表示定性壁溫下煤油的黏度。第七章需用傳熱面

34、積表6-1 水的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)m2* C/W水的種類加熱流體溫度W 115C加熱流體溫度116205c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干凈的軟水自來水井水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)驗(yàn)數(shù)據(jù)itf*C/W種類污垢熱阻粗煤油0.00043成品煤油0.00017 0.00026換熱器設(shè)計(jì)中使用的冷卻水為自來水。由表 6-1可知冷卻水的污垢熱阻rs2=0.00017 m2 * C

35、 W 由表6-2,可選成品煤油的污垢熱阻 rsi=0.00025 C /W校正傳熱系數(shù):+，%+工區(qū) rs10,02510.0250.00025 0.00034- 5-5231.383110.024924.030.02= 190.451W； m2L：C式中K表示校正傳熱系數(shù)；m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；d0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： s2 .(48)%di % di JQ9 2 8. 0 02F = = =1 0 7. 2 9n2 1(49)K."：tm 1 9 0. 4 51 4 5. 41

36、49式中Q表示傳熱量；K表示校正傳熱系數(shù)；Atm表示有效平均溫差" _ _一 、 F 107 4424傳熱面積之比=1.0014F 166.8752(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：彳1 彳c二110-190.4510.00017 45.4149136.6544= 70.4567'C(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)；8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

37、需要配備功率較大的動(dòng)力設(shè)備來補(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

38、-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）P<105（絕對(duì)壓力）AP=0.1PP=0105 （表壓）AP=0.5PP>105 （表壓）AP<5X 1048.1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，因而陽=陽+如,+APn（52）式中APt表示管程總阻力； 出表示沿程阻力；APr表示回彎阻力；APn表示進(jìn)出口連接管阻力。沿程阻力:P=4fi"t廿廣1412996.2 1284=4 0.0065 0.0007422.0.00065330.022=11431.96323 Pa(53

39、)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；但表示水的密域表小管程內(nèi)水流速度；表小冷卻水黏度；回2表小壁溫下的水黏度?；貜澴枇?：222996.2 12. £ -4Zt =4 114 =3978.8Pa22(54)式中世表示水的密度；M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:-22:2 2996.2 1Pn =1.5- =1.5 =747.15Pa(55)式中&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^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-*bk=4fk¥ 。142Ac12_=4 0.13_0.140.0005125. 0.000779(57)2.77778 52 0.0465672 758= 11.8