換熱器計(jì)算說(shuō)明書(shū)

吉林大學(xué)《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

題目：乙醇管殼式換熱器設(shè)計(jì)姓名李權(quán)學(xué)號(hào) 專業(yè)能源與動(dòng)力工程（熱能）指導(dǎo)教師黃海珍沈淳2016年10目錄

第1章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第2章計(jì)算過(guò)程表格第3第3章傳熱管布置排列草圖3.1管路安排 ...錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2流型安排13.2流型安排1錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第4章總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第5第5章參考文獻(xiàn)14第一章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目17對(duì)固定管板的乙醇管殼式換熱器進(jìn)行傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、和阻力計(jì)算。在該換熱器中，要求：乙醇進(jìn)出口溫度為25°C、45°C乙醇流量：2.5kg/s熱水的進(jìn)出口水溫為55°C、50°C乙醇和熱水的工作表壓力均為0.3MPa。具體要求：1、 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明本次課程設(shè)計(jì)是一次虛擬設(shè)計(jì)，主要目的是為了完成一次完整的換熱器熱力計(jì)算和流阻計(jì)算。學(xué)生應(yīng)根據(jù)給定的課程設(shè)計(jì)題目，在指定的設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)，并提交換熱器結(jié)構(gòu)總圖A0圖紙一張，設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1份。2、 設(shè)計(jì)要求（1）計(jì)算說(shuō)明書(shū)要求計(jì)算說(shuō)明書(shū)應(yīng)包含完整的傳熱計(jì)算及流阻計(jì)算，參數(shù)選取及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，計(jì)算正確，并附上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。熱力計(jì)算建議采用電子表格計(jì)算。計(jì)算說(shuō)明書(shū)內(nèi)容依次為：封面，目錄，主要符號(hào)說(shuō)明，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，設(shè)計(jì)方案介紹，熱力計(jì)算及流阻計(jì)算表，主要結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)果匯總表，總結(jié)，參考文獻(xiàn)。（2）圖紙繪制要求圖紙繪制需符合機(jī)械制圖規(guī)范，手繪或機(jī)繪人選。手繪圖至少需要兩個(gè)視圖表達(dá)換熱器結(jié)構(gòu)，機(jī)繪需用三維圖形軟件繪制，并投影二維結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)提交三維電子版及二維打印版圖紙文件。要求圖面結(jié)構(gòu)參數(shù)及計(jì)算說(shuō)明書(shū)相符。第二章計(jì)算過(guò)程表格

表1.1計(jì)算表格項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)值備注原始數(shù)據(jù)1水的進(jìn)口溫度t，°C由題意552水的出口溫度——1 t,,°C由題意503乙醇的進(jìn)口溫度——1 t2,C由題意254乙醇的出口溫度t2,,C由題意455水的工作表壓力P1MPa由題意0.36乙醇的工作表壓力P2MPa由題意0.37乙醇流量MKg/s由題意2.5流體的物性參數(shù)8水的定性溫度2tC(匕』")/252.59水的比熱Cp1KJ/(kg*C)查物性表4.17410水的密度p1Kg/m3差物性表988.111水的黏度口1Kg/(m*s)查物性表549.4*10-612水的導(dǎo)熱系數(shù)入1W/(m*C)查物性表64.8*10-213水的普蘭德數(shù)Pr1查物性表3.5414乙醇定性溫度tm2C（匕+匕，）/23515乙醇比熱CP2KJ/(kg*C)查物性表2.74216乙醇密度P2Kg/m3查物性表756.6517乙醇導(dǎo)熱系數(shù)入2W/(m*C)查物性表0.2418乙醇黏度口2Kg/(m*s)查物性表630*10-619乙醇普蘭德數(shù)Pr2查物性表7.2傳熱20熱損失系數(shù)nL取用0.98

量及平均溫差21傳熱量QKWQ=Mcp（t，，-t，）2 2 2 2134.35822熱水量M1Kg/sM=Q/nc（t，-t，，）1 Lp1 1 116.3723逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差A(yù)tlm,c°CAt "'max—"'min而，。= At|n maxAt.min17.3824參數(shù)P及RPRP=t，，-t，/t，-t，2 2 1 2R=t，-1，/t，，-t，0.331.525溫差修正系數(shù)W 1 1 2 2 0.926有效平均溫差A(yù)tm°C15.55估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)27初選傳熱系數(shù)K，W/（m2*C）查參考資料400以外徑為準(zhǔn)28估算傳熱面積F,m2F，=Q/K，Atm21.629管子材料及規(guī)格mm選用碳鋼無(wú)縫鋼管中25*2.530管程內(nèi)水的流速31m/s選用131管程所需流通截面Atm2AM=P1010.006532每程管數(shù)n根4An=—t兀d22133每程管長(zhǎng)lml=F'/nZ兀d“t0取標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)334管子排列方式選等邊三角形35管中心距smm由表2.23236分程隔板槽處管中心距l(xiāng)Emm由表2.24437平行于流向的管距sPmmSp=Scos30。27.73垂直于流向的SnmmSp=Ssin30。16

8管距39拉桿直徑mm1640作草圖41作圖結(jié)果所得數(shù)據(jù)六邊形層數(shù)管子數(shù)拉桿數(shù)傳熱面積管束中心至最外層管中心距離antF，’根根m2m見(jiàn)表2.6,估計(jì)殼體直徑在400~700mm之間n網(wǎng)=46xkx0.025x3由草圖量得或算出64243.9270.11242管束外緣直徑DLm0.112x2+2x0.01250.24943殼體內(nèi)徑DSmDs=DL+2b3b3=0.25d=6.25mm,因b3>8mm,故取b3=8mm按GB151-1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)直徑0.261544長(zhǎng)徑比l/Ds=3/0.261511.47合理45管程接管直徑D1mmD1=1.13黑按鋼管標(biāo)準(zhǔn)取值中89X446管程雷諾數(shù)Re1Re=笠35970.1547管程換熱系數(shù)aiW/(m2.°C)入以］=—^x0.023xRe10.8xiPr10.45452.948折流板形式選定弓形49折流板缺口高度hm取h=0.25Ds0.066管程計(jì)算

50折流板的圓心角度12051折流板間距l(xiāng)sm(0.2~1)DS=(0.2~1)x0.2651取0.2552折流板數(shù)目Nb塊3000/250-11153折流板上管孔數(shù)個(gè)見(jiàn)草圖3954折流板上管孔直徑dHm由GB151-19990.025455通過(guò)折流板上管子數(shù)根見(jiàn)草圖3756折流板缺口處管數(shù)根見(jiàn)草圖957折流板直徑Dbm由GB151-1999規(guī)定0.259158折流板缺口面積AWgm2A=Dws4-92(l-丑]IDJJsin92」0.010559錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)FC[(D兀+2—k1.「—<srnarc(兀2arcco;)—2h'■^——DlJ(D-2;os——kdl(D-2h; kDl，]h|「」J0.6460缺口處管子所占面積AWtm2Awt=耳2nG-Fc)0.0037161流體在缺口處的流通面積Abm2Ab=AWg-AWt0.00679

62流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積Acm2Ac=L如Dl+捋]Le J0.01563殼程流通截面積ASm2A=JAAs bc0.010264殼程接管直徑D1mm按4D22計(jì)算，并由鋼管標(biāo)準(zhǔn)選相近規(guī)格①114*565錯(cuò)流區(qū)管排數(shù)Nc排見(jiàn)草圖466每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)Ncw排hNcw=0.8—sp1.87767旁流通道數(shù)Ne168旁通擋板數(shù)Nss對(duì)選取069錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)FhbpF=bpDs-Dl+扣J0.575/Ac70一塊折流板上管子和管孔間的泄漏面積Ahtbm2Ab=兀d（dH-d0）2G+F》ct0.0010871折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間的泄漏面積Asbm2A=Ds?-Db）sb 2兀一arccosf1一2h]L " Ds力0.008272殼程雷諾數(shù)Re2Re2=^^H2Ac6613.7673理想管束傳熱因子j由圖2.290.01174折流板缺口校正因子jc由圖2.301.0475折流板泄漏校正因子h由Asb+AtbA c 0.65

sbAsb+Atb查圖2.3176旁通校正因子jb由N及Fbp查圖2.32 c 1.077殼程傳熱因子j0j0=jjjb0.007478殼程質(zhì)量流量GsKg/(m2.s)G=MsAs 245.179殼側(cè)壁面溫度tw°C假定4080壁溫下乙醇黏度^w2Kg/(m*s)查物性表991X10-681殼側(cè)換熱系數(shù)a2W/(m2.C)a2=jGCP2Pr2-2/3(^2/51267.1需用傳熱面積82水垢熱阻r1s,1(m2XC)/W查有關(guān)資料0.0001783乙醇污垢熱阻J(m2XC)/W查有關(guān)資料0.00017684管壁熱阻略85傳熱系數(shù)KW/(m2.C)K="1 d"a;+rs，i+rs，2d+_1業(yè)La2di _-1450.3786傳熱面積Fm2F=衛(wèi)-KAtm19.3387傳熱面積之比F"/F21.6/19.331.117488檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫t9w2Cri \tw2=tm2-K—+，s,2S2 JAtm41.83阻力計(jì)算89管內(nèi)摩擦系數(shù)fi查圖2.360.00690管側(cè)壁溫t]w1C假定52

91壁溫下水的黏度HW1Kg/(m*s)查物性表545.4X10-692沿程阻力iPa劉=41%W1fLpgfa^2~i\-0.14；5922.593回彎阻力△prPaAPr=4嚀Zt7904.894進(jìn)出口連接管阻力PaA%=1.5哼741.07595管程總阻力PaAPt=M+APr+APN14568.37596理想管束摩擦系數(shù)fk查圖2.370.2297理想管束錯(cuò)流段阻力斗Pa△Pbk=%w24fkM^k2Ac2P1\-0.14J68.8498理想管束缺口處阻力apwkPaAP= M222A.Ap1(2+0.6N)cw126.7799旁路校正系數(shù)Rb查圖2.391.0100折流板泄漏校正系數(shù)Rl查圖2.380.1101折流板間距不等的校正系數(shù)Rs間距相等，不需校正1102殼程總阻力Ap'sPa△p；=r1+2Ap(N-bNA9hkRhbkb-&方+]Pwk J:R410.57表1.2換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù) 管程（水） 殼程（乙醇）

質(zhì)量流量/(kg/s)6.4372.5進(jìn)/出口溫度/°c55/5025/45壓力/MPa(表壓力)0.30.3物性參數(shù)定性溫度/c52.535密度kg/m3988.1745.65定壓比熱容/kJ/(kg/C)4.1742.742動(dòng)力黏度/kg/m.s0.549X10-30.630X10-3導(dǎo)熱系數(shù)/W/(m.C)0.6480.240普朗特?cái)?shù)3.547.20設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm261.5管子材料碳鋼無(wú)縫鋼管管徑/mm①25X2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm3000排列正三角形管數(shù)目/根42折流板數(shù)11傳熱面積/m219.33折流板間距/mm250管程數(shù)2殼程1主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.0020.324表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(m2.C)5452.91267.1污垢熱阻/m2.C/W0.000170.000176總阻力/Pa14568.4410.57傳熱量/kw134.358傳熱溫差/K15.55傳熱系數(shù)/W/m2.C451.37傳熱面積裕量/%10.5%第三章傳熱管的布置排列草圖

3.1管路安排本次設(shè)計(jì)是由水與乙醇進(jìn)換熱，考慮到乙醇的粘度較水高，流量較水小，沸點(diǎn)較水低，且水為熱流體，于是水走管程，而乙醇走殼程。3.2換熱器流型設(shè)計(jì)結(jié)合換熱器的長(zhǎng)徑比（熱力計(jì)算中求出），換熱器流型選為＜1-2＞型。第4章總結(jié)這次固定管板式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是在黃海珍老師和沈淳老師共同的悉心指導(dǎo)下完成的。在指導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程中，兩位老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、細(xì)心的點(diǎn)撥與講解，都讓我受益非常多。通過(guò)查看相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)繪圖。通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的使用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)更加熟悉了。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)與教材的同步使用，使理論知識(shí)與設(shè)計(jì)應(yīng)用聯(lián)系在