換熱器畢業(yè)設(shè)計模版

沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計題目：固定管板式換熱器設(shè)計院系：能源與動力工程學(xué)院專業(yè)：熱能與動力工程班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：論文提交日期：2013年6月21日論文答辯日期：2013年6月25日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書熱能與動力工程專業(yè)班學(xué)生：畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：固定管板式冷卻器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：文獻(xiàn)綜述CAD軟件制圖英文翻譯畢業(yè)實(shí)習(xí)畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分：起止時間：2012年3月2012年6月指導(dǎo)教師：簽字年月日教研主任：簽字年月日學(xué)院院長：簽字年月日畢業(yè)設(shè)計開題報告論文題目:固定管板式換熱器的設(shè)計學(xué)生姓名:專業(yè)班級:學(xué)號:指導(dǎo)教師:2013年3月1日選題的目的和意義換熱器為石油化工、食品、原子能及其它化工部門所廣泛使用的一種工藝設(shè)備。一般情況換熱器約占石油化工裝置設(shè)備總重量的40%。近年來,隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,強(qiáng)化轉(zhuǎn)熱元件的開發(fā),使得新型高效換熱研究有了較大的發(fā)展,根據(jù)不同的工藝條件與換熱工況制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器,并已在化工、煉油、石油化工、制冷和制藥各行業(yè)得到應(yīng)用與推廣，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。2.題目要完成的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)本次設(shè)計的換熱器是固定管板式換熱器，主要完成冷卻水一煤油間的熱量交換。管程工作壓力為0.25Mpa，殼程工作壓力為0.2Mpa。設(shè)計溫度殼程是75℃，管程為35℃。管程內(nèi)介質(zhì)是自來水，殼程內(nèi)為煤油。選用石棉作保溫材料，厚度為100mm。根據(jù)任務(wù)書中流體進(jìn)、出口的溫度計算傳熱負(fù)荷，確定，選定換熱器形式，選取換熱器的材料，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等要求，根據(jù)設(shè)計壓力確定壁厚，使換熱器有足夠的腐蝕裕度。結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般順序?yàn)?1.管箱設(shè)計，選擇管箱短節(jié)、分程隔板、的材料尺寸及管箱深度。2.圓筒設(shè)計，選擇合適的材料，計算結(jié)構(gòu)尺寸。3.封頭設(shè)計，選擇封頭形式，分別計算所受內(nèi)壓和外壓。4.管板設(shè)計，確定連接形式，計算最小厚度。5.拉桿和定管距，確定拉桿的結(jié)構(gòu)形式、直徑和數(shù)量、布置及定管距結(jié)構(gòu)尺寸。6.折流板設(shè)計，選擇折流板形式、尺寸及板間距。7.容器法蘭及支座的選取。8.強(qiáng)度校核，對上述步驟確定的結(jié)構(gòu)尺寸形式進(jìn)行強(qiáng)度校核，如不滿足要求需重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、再校核，直至符合要求。最后通過設(shè)計計算提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達(dá)到更高效，更節(jié)能的目的。3.進(jìn)度計劃1.查閱中外文期刊文獻(xiàn)、整理成文獻(xiàn)綜述、翻譯一篇英文資料、寫出開題報告。時間:第1周一第4周2.進(jìn)行換熱器傳熱計算、設(shè)計計算和強(qiáng)度校核，用AutoCAD對換熱器本體圖及主要零部件圖進(jìn)行初步繪制。時間:第5周一第7周3.確定結(jié)構(gòu)、正式計算。（5月4日—5月6日中期檢查）時間:第8周一第11周4.完善設(shè)計說明書，初步進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，為出圖做準(zhǔn)備。時間:第12周一第14周5.計算說明書及圖紙全部整理完畢，將電子版上交給指導(dǎo)教師。進(jìn)一步修改圖紙，準(zhǔn)備答辯。時間:第15周一第16周6.做答辯準(zhǔn)備。時間:第17周一第18周4.論文提綱一、文獻(xiàn)綜述二、傳熱工藝計算三、強(qiáng)度計算參考文獻(xiàn)致謝附錄一英文文獻(xiàn)及翻譯附錄二實(shí)習(xí)報告指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字:年月日沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘要內(nèi)容摘要換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。以煉油廠為例，換熱器占設(shè)備總金屬消耗量的20%左右。它既是工藝流程中的重要裝備，同時又是企業(yè)減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的主要手段。由于世界性的能源危機(jī)，為了降低能耗，工業(yè)生產(chǎn)中對換熱器的需求量越來越多，對換熱器的質(zhì)量要求也越來越高。換熱器分類方式多樣，按照其工作原理可分為：直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類，其中間壁式換熱器用量最大，據(jù)統(tǒng)計，這類換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類，其中管殼式換熱器在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計資料比較齊全，在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)生產(chǎn)中有高度的可靠性并具有廣泛的適應(yīng)性本課題設(shè)計一個固定管板式換熱器，相對于其他幾種換熱器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，造價低；在相同殼體直徑內(nèi)排管最多，結(jié)構(gòu)緊湊，可以使用各種材質(zhì)的換熱管；處理介質(zhì)包括有相變和無相變各種介質(zhì)的換熱過程。根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》、GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行設(shè)計，主要包括以下四個部分：文獻(xiàn)綜述、傳熱工藝計算、強(qiáng)度校核QUOTECAD制圖。第一，文獻(xiàn)綜述：查閱與課題相關(guān)中外期刊，編寫文獻(xiàn)綜述。第二，傳熱工藝計算：根據(jù)所給數(shù)據(jù)查的相關(guān)物性參數(shù)并計算有效平均溫差；由Dittus-Boetler公式計算管程換熱系數(shù)；同理，有相關(guān)公式計算殼程換熱系數(shù)并初定換熱器結(jié)構(gòu)；再計算總傳熱系數(shù)；根據(jù)相關(guān)公式計算管程壓降與殼程壓降并進(jìn)行校核。第三，強(qiáng)度校核：選擇換熱器材料、規(guī)格，排列方式；確定筒體壁厚、管箱短節(jié)壁厚與管程封頭壁厚并進(jìn)行應(yīng)力校核與液壓實(shí)驗(yàn)；選擇設(shè)備法蘭與接管法蘭；設(shè)計管板的厚度并對危險工況下的管板應(yīng)力、殼程法蘭應(yīng)力、管子應(yīng)力、殼程圓筒軸向應(yīng)力、拉脫力進(jìn)行校核；拉桿與定距管的確定；折流板、防沖板、分程隔板的選擇；接管的選擇與是否需開口補(bǔ)強(qiáng)的確定；鞍座的選擇及應(yīng)力校核。第四，運(yùn)用AutoCAD軟件進(jìn)行繪圖設(shè)計，圖紙包括裝配圖和拉桿、左右管板、左右管箱等零件圖。換熱器既可以是一種單獨(dú)的設(shè)備，也可是某一工藝設(shè)備的組成部分。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。通過這次設(shè)計使我更深入的了解了影響傳熱過程的各種因素，并通過改變它們使之符合設(shè)計要求。同時，也因CAD作圖中所遇的各種困難與錯誤，并在逐步的克服與改正過程中知道換熱器某一部分的具體構(gòu)造以及為什麼這樣。關(guān)鍵字：換熱器；換熱管；固定管板沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文AbstractAbstractHeatexchangerforheatexchangeoperationisacommonsectors,especiallyinthepetroleum,chemicalproductionmorewidelyused.Intherefinery,forexample,thetotalheatconsumptionofmetalequipmentaccountedforabout20%.Itisanimportantprocessequipment,isalsothecompaniestoreduceenergyconsumption,theprimarymeansofreducingproductioncosts.Asaworldwideenergycrisis,inordertoreduceenergyconsumption,industrialproduction,thedemandformoreandmoreheatexchanger,theheatexchangerqualityrequirementsarealsoincreasing.Heatexchangerclassificationdiverse,accordingtoitsworkingprinciplecanbedividedinto:direct-contactheatexchangers,heatexchangeraccumulatorandrecuperativeheatexchangerthreecategories,includingthelargestamountofrecuperativeheatexchanger,accordingtostatistics,suchheatexchanger99%ofthetotalamount.Recuperativeheatexchangercanbedividedintoashellandtubeandshellheatexchangertypes,includingshellandtubeheatexchangerinthelong-termoperationhasaccumulatedrichexperienceinthedesigndatamorecomplete,inmanycountrieshaveastandardseries,industrialproductionhashighreliabilityandwiderangeofadaptability.Designofthisprojectafixedtubeheatexchanger,heatexchangerrelativetoothertypes,ithasthefollowingadvantages:simplestructure,easyprocessing,lowcost,withinthesameshelldiameterdischargepipeup,compactstructure,youcanusethekindofmaterialtubes,treatmentmediaincludingphasetransitionandnophasechangeheattransferprocessavarietyofmedia.AccordingtoGB151-1999‘shellandtubeheatexchangers’,GB150-1998‘SteelPressureVessels’fordesign,includingthefollowingfoursections:literaturereview,heattransferprocesscalculation,strengthcheckCADdrawings.First,theliteraturereview:Reviewandissuesrelatedtoforeignjournals,writingliteraturereview.Second,theheattransferprocesscalculation:Accordingtothedatarelatedtotheinvestigationandcalculationofeffectivephysicalparametersofmeantemperaturedifference,CalculatedbytheDittus-Boetlertubeheattransfercoefficient,Similarly,relevantformulashellheatexchangerheattransfercoefficientandaninitialstructure;thencalculatetheoverallheattransfercoefficient;calculatedaccordingtotherelevanttubeandshellsidepressuredroppressuredropandbechecked.Third,thestrengthcheck:Selectexchangermaterials,specificationsandarrangement,determinethecylinderwallthickness,tubeboxwithashortsectionofwallthicknessofthetubeheadandconductstresscheckwiththehydraulictest,selectiondeviceflangeandtakeovertheflange,designtubeplatethicknessanddangerousconditionsofthetubesheetstress,stressshellflanges,pipestress,axialstresscylindricalshell,pull-offforcetobechecked,Tiewithfixedpitchpipetodetermine,baffles,anti-redplates,partitionplateschoice,takeoverselectionandtheneedtodeterminetheopeningreinforcement,saddleselectionandstresscheck.Fourth,theuseofAutoCADsoftwareforgraphicdesign,drawings,includingassemblydrawingsandrod,sothetubeplate,lefttubeboxesandotherpartsdiagram.Heatexchangercanbeeitherastand-alonedevice,butalsoapartoftheprocessequipment.Itsmainfunctionistoensurethattheprocessmediarequiredfortheparticulartemperature,butalsoimprovetheenergyefficiencyofthemainequipment.Throughthisdesignmakesmeabetterunderstandingofthevariousfactorsthatinfluencetheheattransferprocess,andbychangingthemtoconformtothedesignrequirements.Atthesametime,alsobecauseofCADdrawinginthevariousdifficultiesencounteredwitherrorsandcorrectionsinthegradualprocessofovercomingandaportionoftheheatexchangertoknowthespecificstructureandwhy.Keywords:Heatexchanger;Tubes;Fixedtubeplate沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄目錄TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK引言 1第一章HYPERLINK緒論 附錄二英文文獻(xiàn)翻譯新型管殼式折流板換熱器實(shí)驗(yàn)研究YingshuangWang?ZhichunLiu?SuyiHuang?WeiLiu?WeiweiLiReceived:9July2009/Accepted:3March2010/Publishedonline:24February2011Springer-Verlag2011摘要新型管殼式換熱器設(shè)計,制造和測試，經(jīng)過了原始弓形折流板換熱器的實(shí)驗(yàn)調(diào)查研究。兩個熱交換器運(yùn)行性能比較結(jié)果表明,在相同的條件下,新模型的整體性能效率比分段擋板換熱器高20%-30%。引言在許多領(lǐng)域換熱器是一種非常重要的設(shè)備,如石油精煉，發(fā)電,化學(xué)工程，過程工業(yè)、食品工業(yè)等。在不同種類的換熱器中,管殼式換熱器(STHX）具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可靠的結(jié)構(gòu)、成熟技術(shù)和廣泛的實(shí)用性,使其在各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[1]。在STHX中,擋板元素發(fā)揮著十分重要的作用，如支持管管束及殼側(cè)流體的擾動。根據(jù)殼側(cè)流體的流動方向，STHX可分為橫向流、縱向流、螺旋流三類。在STHX的殼側(cè)，壓降和熱交換隨流動狀態(tài)的變化而改變，這一特點(diǎn)對換熱器的性能有非常的影響。傳統(tǒng)的管殼式換熱器隔板部分(SB-STHX)有許多缺點(diǎn)，比如管束經(jīng)常發(fā)生高壓降、低傳熱效率、有害的殼側(cè)振動所引起的流動。當(dāng)傳統(tǒng)的弓形隔板用于STHX,在相同的熱負(fù)荷下，為了抵消更高的壓降，通常需要更高泵功率。因此,一種新型的STHX，使用不同類型的隔板可以獲得更高的傳熱效率較低的壓降。壓降、整體傳熱是換熱系統(tǒng)運(yùn)營費(fèi)用的兩個相互依存的重要影響因素。為了提高性能，開發(fā)了不同類型擋板換熱器,它有相當(dāng)高的傳熱效率和相對較低的壓力降,如桿板換熱器和螺旋折流板換熱器[2-11]。因此,本研究之主要目的是，開發(fā)新型的STHX克服上述不足，并實(shí)驗(yàn)研究其性能。此外,還將其與SB-STHX換熱器進(jìn)行性能比較。2新型隔板STHX的結(jié)構(gòu)及其制造具有螺旋隔板的STHX，殼側(cè)螺旋流動有某些優(yōu)勢,比如教高傳熱效率和較低的流動阻力[5、6、8]。然而,很難制造連續(xù)螺旋隔板。為了解決這個問題,一種新型的以傳統(tǒng)的分段擋板為基礎(chǔ)的花型隔板STHX換熱器(FB-STHX),,如圖1所示,一個圓擋板可以被劃分為四個象限，在四個象限中,至少一個象限是空心的流體流動,而其余的象限用來支持熱管。由于花擋板交變地安裝，相位（相鄰板的空心零件角度）可以是30°、60°或90°。在不同的應(yīng)用條件下，相位可能發(fā)生變化。從圖1可以觀察到，在FB-STHX配置中的所有擋板是相同的;只有相位不同，因此制造花型擋板過程相當(dāng)簡化。制造花型擋板過程和制造分段擋板是相同的,花擋板張力桿固定?，F(xiàn)在的FB-STHX擋板,有四個張力桿固定。圖示中數(shù)據(jù)2和3分別顯示弓形隔板和花型隔板中流體流線。從這個數(shù)據(jù),可以觀察到兩種STHXs中，SB-STHX殼側(cè)的流體流動是彎曲的，而在FB-STHX殼側(cè)卻是縱向的、有傳熱和流阻差異的渦流。本文中，F(xiàn)B-STHX殼側(cè)的局部換熱系數(shù)試驗(yàn)獲得并與SB-STHX的進(jìn)行了研究比較。換熱器的尺寸Φ159mm×5mm，熱交換器的詳細(xì)參數(shù)列表1和2所示：2實(shí)驗(yàn)裝置及研究方法如圖4所示，對STHX實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)傳熱、壓降研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)置有兩個循環(huán)，熱水循環(huán)和冷水循環(huán)。兩個循環(huán)的詳細(xì)的描述如下在這個循環(huán)中的熱水循環(huán)，水在加熱溫度控制裝置電熱水器中加熱，水通過水箱流入STHX殼側(cè)，吸熱后水流入STHX容積式流量計(6),最后回到了水箱中。進(jìn)口和出口的水溫流過STHX熱電偶(1)(2)分別進(jìn)行測量。熱水通過泵(八)循環(huán)。閥門(12)和(13)控制流動速率。在這個循環(huán)中的冷水循環(huán)中水在冷卻塔冷卻。冷水通過STHX殼側(cè)流入水箱，在流體管側(cè)面吸熱后,流從STHX立方體流量計(7),最終返回了水箱中。進(jìn)口和出口的冷水溫度分別由流經(jīng)STHX熱電偶(3)及(4)測量。冷水通過泵(9)循環(huán)，閥門(10),(11)用來調(diào)節(jié)流量。補(bǔ)水裝置補(bǔ)充來至熱水和冷水側(cè)水流損失。4數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)中測量了流量、溫度和壓降量。數(shù)據(jù)計算表明，管側(cè)和殼側(cè)的流動速率、進(jìn)口和出口溫度遵循能量守恒。熱平衡量不少于5%?；跉?cè)與管側(cè)能量平衡，STHX綜合傳熱系數(shù)可以計算出來。管側(cè)傳熱系數(shù)通過經(jīng)典相關(guān)性計算,所以，利用整體傳熱計算關(guān)聯(lián)可獲得殼側(cè)傳熱系數(shù)，總壓降可以直接測量。所以可以得到，摩擦因素f,努塞爾特數(shù)Nu和雷諾數(shù)Re之間的相互關(guān)系。詳細(xì)描述如下：整體傳熱系數(shù)使用計算式1[12]計算其中，hi為管側(cè)傳熱系數(shù)，單位W/(m2k）；ho為殼側(cè)傳熱系數(shù)，單位W/(m2k）；Ri為管側(cè)污垢熱阻系數(shù)，單位(㎡K)/W;Ro為殼側(cè)污垢熱阻系數(shù)，單位(㎡K)/W;Rw為管壁熱阻，單位(㎡K)/W.試驗(yàn)中,，由于熱交換器是新引入的，忽略污垢熱阻的影響。所以，上述方程可以表示為通過轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到整體傳熱系數(shù)其中，Q為冷和熱流體間平均熱流密度，單位W；Ａ為管口外徑上的傳熱面積，單位㎡，可以通過方程４算出Ｎ為管根數(shù)；do為管外徑，單位ｍ；Ｌ為管的有效長度，單位ｍ；Δtm,冷熱流體對數(shù)平均溫度,單位℃換熱器是雙管程和一個殼程,對數(shù)平均溫差可歸納[12]其中，，為管側(cè)內(nèi)外的流體溫度，℃；為殼側(cè)內(nèi)外的流體溫度，℃。冷熱流體間的傳熱由下列公式計算其中，m為流體質(zhì)量流量，kg/s;Ｃp為恒壓下的比熱，J/(kgK).由方程２－５，可以求得整體傳熱系數(shù)。管側(cè)熱傳遞性能由下列公式[13]得到下標(biāo)f表示流體溫度、w表示壁溫壁的熱阻由下式求得管材料為鉻鎳鋼，電導(dǎo)λ為14.7W/(mK).根據(jù)方程６、７計算管壁和管側(cè)的傳熱系數(shù)，和整體傳熱系數(shù)ｋ一起帶入方程１，就求得殼側(cè)傳熱系數(shù)ho．Nu,f,和Re定義如下其中，Δpo為STHX殼側(cè)總壓降，Ｌ為有效管長度，do為管外徑５實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Sect.2對兩種類型的STHXs管側(cè)熱水和殼側(cè)冷水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對FB-STHX、SB-STHX在三個不同進(jìn)管口速度(0.70,0.94,1.2米/秒)的傳熱和流體流動特性進(jìn)行了調(diào)查研究、性能對比。這對正確的評估不同的熱交換器綜合性能、傳熱系數(shù)與壓降是很重要的。這就需要獲得最高的傳熱速度和最低壓降，所以需要對努塞爾特數(shù)Nu與壓降之比比較研究。表５、６統(tǒng)計的是FB-STHX在上述三種不同速度下，傳熱性能與與流阻間的關(guān)系，數(shù)據(jù)中的線條表示最少安裝面積下，如方程１２表示的，7,000≤Re≤23,000的相關(guān)系數(shù)r=0.9645。當(dāng)7000≤Re≤23000變化下的流阻相關(guān)性可以用方程13–14表示，并且相關(guān)系數(shù)為r=0.9957，從方程5和6可以看出，努塞特數(shù)Nu和壓降隨雷諾數(shù)Re的增加而增加，,在FB-STHX外殼，相同的殼速不同管速下傳熱和流動阻力特性幾乎相同，實(shí)驗(yàn)證明重復(fù)性好。圖7和8顯示SB-STHX傳熱和流動阻力特性。線條顯示在這些數(shù)