螺旋板式熱交換器與板式熱交換器的熱力設(shè)計(jì)

2015屆畢業(yè)生課程設(shè)計(jì)結(jié)題書課題名稱：螺旋板式熱交換器與板式熱交換器的熱力設(shè)計(jì)（換熱器的設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)題目：螺旋板式熱交換器與板式交換器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：處理能力：煤油與水換熱設(shè)備型式：緊湊式換熱器操作條件：煤油入口溫度80℃，出口溫度55冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度35℃，出口溫度55螺旋板式換熱器允許壓強(qiáng)降不大于一個(gè)大氣壓;板式換熱器的允許壓強(qiáng)降不大于0.5Mpa；相關(guān)物性參數(shù)查表得出設(shè)計(jì)項(xiàng)目1傳熱計(jì)算2螺旋板式換熱器：流速估測、通道寬計(jì)算、圈數(shù)計(jì)算板式換熱器：流速估測、管板排布3換熱量計(jì)算4壓降驗(yàn)證5相關(guān)換熱器的示意圖二、換熱器的選用換熱器的選用(即選型)的過程大體如下,具體計(jì)算可參看緊湊式換熱器設(shè)計(jì)中有關(guān)內(nèi)容。①根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷Q。②按所選定的流動(dòng)方式,計(jì)算出平均溫度差(推動(dòng)力)Δtm及查出溫差校正系數(shù)?。③依所處理流體介質(zhì)的性質(zhì),憑經(jīng)驗(yàn)初選一總傳熱系數(shù)K0(估),并由總傳熱速率方程計(jì)算傳熱面積S'0:S'0=Q/K0估Δtm式中Q———熱負(fù)荷,W;K0(估)———憑經(jīng)驗(yàn)選取的總傳熱系數(shù),W/(m2·K);Δtm———平均溫度差,℃。④根據(jù)計(jì)算出的傳熱面積,查有關(guān)換熱器系列標(biāo)準(zhǔn),確定型號(hào)規(guī)格并列出各結(jié)構(gòu)主要基本參數(shù)。⑤計(jì)算呢出壓力降,驗(yàn)算是否滿足要求。工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)（一）螺旋板式換熱器1、確定設(shè)計(jì)方案1.1選擇工作情況：兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度為80℃，出口溫度55℃，冷流體進(jìn)口溫度35℃1.2流程安排:

采用錯(cuò)流換熱設(shè)計(jì)。2、確定物性數(shù)據(jù)：2.1定性溫度：根據(jù)公式計(jì)算。

熱煤油的定性溫度為：（℃）冷煤油的定性溫度為：根據(jù)定性溫度，分別查取流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。2.2列出計(jì)算表格項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)值原始數(shù)據(jù)1熱煤油(煤油1)進(jìn)口溫度t1'℃原始數(shù)據(jù)802熱煤油(煤油1)出口溫度t1''℃原始數(shù)據(jù)553冷煤油(煤油2)入口溫度t2'℃原始數(shù)據(jù)354冷煤油(煤油3)出口溫度t2''℃原始數(shù)據(jù)555換熱功率WMW原始數(shù)據(jù)0.5煤油1參數(shù)6煤油1平均溫度t1m℃t1m=t1''+Fc(t1'-t1'')66.257煤油1粘度μ1kg/(m?s)查表0.00080658煤油1導(dǎo)熱系數(shù)λ1W/(m?℃)查表0.10919煤油1比熱cp1J/(kg·℃）查表222510煤油1密度ρ1kg/m3查表78911煤油1質(zhì)量流量M1kg/hM1=W*1000000*3600/cp1/(t1'-t1'')32359.55056煤油2參數(shù)12煤油2平均溫度t2m℃t2m=t2'+Fc(t2''-t2')4413煤油2粘度μ2kg/(m?s)查表0.00099314煤油2導(dǎo)熱系數(shù)λ2W/(m?℃)查表0.112115煤油2比熱cp2J/(kg·℃）查表213016煤油2密度ρ2kg/m3查表80317煤油2質(zhì)量流量M2kg/hM2=W*1000000*3600/cp2/(t2''-t2')42253.52113流道的當(dāng)量直徑18煤油1初估流速ω1'm/s初估0.719煤油2初估流速ω2'm/s初估0.820煤油1側(cè)流通截面積A1m2A1=M1/3600/ω1/ρ10.01627514821煤油2側(cè)流通截面積A2m2A2=M2/3600/ω2/ρ20.01827068722螺旋板寬Hm原始數(shù)據(jù)123有效板寬HemHe=H-a0.9824煤油1側(cè)通道寬(計(jì)算)b1mmb1=A1/He*100016.6072935225煤油2側(cè)通道寬（計(jì)算）b2mmb2=A2/He*100018.6435579626煤油1側(cè)當(dāng)量直徑de1mde1=2He*b1/(He+b1)0.03342026127煤油2側(cè)當(dāng)量直徑de2mde2=2He*b2/(He+b2)0.037277277雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)28煤油1實(shí)際流速ω1m/sω1=M1/3600/b1/He/ρ10.68382973329煤油1雷諾數(shù)Re1Re1=ω1*de1*ρ1/μ122357.87130煤油1普朗特?cái)?shù)Pr1Pr1=μ1*cp1/λ116.4478689332煤油2實(shí)際流速ω2m/sω2=M2/3600/b2/He/ρ20.78499191433煤油2雷諾數(shù)Re2Re2=ω2*de2*ρ2/μ223663.3193234煤油2普朗特?cái)?shù)Pr2Pr2=μ2*cp2/λ218.86788582對流系數(shù)35煤油1對流換熱系數(shù)α1W/(m2?℃)α1=0.0397*λ1/de1*(Re1^0.784)*(Pr1^0.3)771.599226336煤油2對流換熱系數(shù)α2W/(m2?℃)α2=0.0397*λ2/de2*(Re2^0.784)*(Pr2^0.4)1038.763191總傳熱系數(shù)37螺旋板厚度δmm原始數(shù)據(jù)538螺旋板導(dǎo)熱系數(shù)λW/(m?℃)取材質(zhì)為A3卷筒鋼板46.539兩側(cè)污垢熱阻R1，R2m2?℃/W兩側(cè)都為成品煤油，取0.00017~0.000260.0002640傳熱系數(shù)KW/(m2?℃)K=1/(1/α1+1/α2+δ/1000/λ+R1+R2)346.47395941對數(shù)平均溫差Δtm℃Δtm=[(t1'-t2'')-(t1''-t2')]/ln[(t1'-t2'')/(t1''-t2')]22.4071005942傳熱面積Fm2F=W*1000000/K/Δtm64.4041335743每塊螺旋板有效長度lemle=F/2/He32.85925182螺旋板圈數(shù)及下料尺寸44內(nèi)圈半卷輥直徑d1mm原始數(shù)據(jù)20045外圈半卷輥直徑d2mmd2=d1+(b2-b1)20246中心隔板寬度BmmB=d1-b1+δ=d2-b2+δ18847內(nèi)圈節(jié)距t1mmt1=b1+δ2248外圈節(jié)距t2mmt2=b2+δ2449螺旋體有效圈數(shù)n?圈n?={(2*b2-d1-d2)+[(d1+d2-2*b2)^2+16*c*le*1000/π]^0.5}/4c18.0568312650內(nèi)側(cè)螺旋板下料尺寸(長度)limli=π/2*[n*(d1+2b1+4δ+d2)+2*(n^2-n)*c]/100037.246722551外側(cè)螺旋板下料尺寸(長度)lomlo=π/2*[n*(d1+2b2+4δ+d2)+(d2+δ)+2*n^2*c]/100039.0044435952換熱器外徑DmmD=d2+2nc+2δ1960壓降53定距柱密度ns個(gè)/m2原始數(shù)據(jù)14054煤油1側(cè)壓降Δp1MPaΔp1=(li/de1*3.58/(Re1^0.25)+0.15*li*ns+39.23)*ρ1/2*(ω1^2)/10000000.21172481355煤油2側(cè)壓降Δp2MPaΔp2=(lo/de2*3.58/(Re2^0.25)+0.15*lo*ns+39.23)*ρ2/2*(ω2^2)/10000000.2870793682.3關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)煤油1側(cè)通道寬17煤油2側(cè)通道寬19螺旋體有效圈數(shù)19內(nèi)圈半滾直徑200外圈半滾直徑202注意事項(xiàng)根據(jù)螺旋板換熱器的一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通道寬度多選擇在以下，否則容易產(chǎn)生層流，影響換熱效果。CAD制圖4.1螺旋板式換熱器設(shè)計(jì)圖4.2螺旋板式換熱器4.3圈滾與壁厚4.4管道寬螺旋板式換熱器簡介5.1發(fā)展歷程螺旋板式換熱器是瑞典羅森布拉德公司于1930年首先推薦使用的，很快就開始成批生產(chǎn)并取得了專利權(quán)。隨后許多國家根據(jù)這個(gè)公司的專利相繼仿照。英國APV公司、美國AHRCO公司、西德ROCA公司、日本大江和川化公司以及荷蘭、捷克、蘇聯(lián)等國都以成批生產(chǎn)。日本是第二次世界大戰(zhàn)以后才開始生產(chǎn)，各工廠均制定了各自的系列標(biāo)準(zhǔn)。蘇聯(lián)在1966年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)-----гO(shè)CT2067—66。我國在五十年代已在化學(xué)工業(yè)中開始制造和使用了螺旋板式換熱器。到了六十年初期，由于采用了專用的卷床卷制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量并能成批生產(chǎn)。到了1970年，蘇州化工機(jī)械廠和一機(jī)部通用機(jī)械研究所開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，系列化生產(chǎn)，隨后并與大連工學(xué)院協(xié)作對螺旋板式換熱器的傳熱和流體阻力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。1973年一機(jī)部制定了部標(biāo)準(zhǔn)JB1287-73。2003年3月，國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)發(fā)布螺旋板式換熱器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4751-2003,該標(biāo)準(zhǔn)更詳細(xì)的規(guī)范了螺旋板式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、檢驗(yàn)及驗(yàn)收等工作。5.2主要優(yōu)點(diǎn)A.傳熱效率高流體在螺旋板換熱器中做螺旋流動(dòng)，由此產(chǎn)生的離心力提高了流體的湍流程度。此外，在通道中的定距柱也破壞了邊界層而產(chǎn)生渦流。因此，在較低的雷諾數(shù)下就可以形成湍流，一般Re=1400~1800之間，最低的在Re=500時(shí)就能形成湍流，視定距柱的布置情況和數(shù)目而定。B．兩流體逆流和低溫傳熱兩種流體在較長的螺旋通道內(nèi)可進(jìn)行完全逆流的熱交換。當(dāng)兩流體的進(jìn)出口溫度一定時(shí)，逆流的對數(shù)平均溫度差要比并流、錯(cuò)流或折流時(shí)的大，因而單位面積的傳熱量也大。另一方面，如果要求單位面積傳熱量相等，則采用逆流傳熱就能以較小的對數(shù)平均溫度差來完成。這對于低溫?zé)嵩吹睦檬鞘钟欣?。C．不易結(jié)垢流體在螺旋板換熱器中走的是單通道，它的允許流速又比其他類型的換熱器高（通常，對粘度不大的液體為2米/秒，對氣體為20米/秒），因此不易結(jié)垢。D．結(jié)構(gòu)緊湊、不用管材、制造簡便螺旋板換熱器是用金屬板卷制的，因此沒有管板、官箱等不起熱交換作用的部件，在傳熱面積相同時(shí)，比列管式換熱器緊湊得多，單位體積的傳熱面積約為列管式換熱器的2~3倍。制造時(shí)機(jī)械加工量少，成本低。不用無縫鋼管這一點(diǎn)對我國是有現(xiàn)實(shí)意義的。5.3主要缺點(diǎn)A．操作壓力受到限制螺旋板換熱器的操作壓力主要由一定厚度的金屬板材和密封結(jié)構(gòu)來承受。為了提高操作壓力，相應(yīng)的就要增厚板材，對密封結(jié)構(gòu)的要求也提高了。有的廠家為了保證外殼強(qiáng)度，采取加厚最外一層螺旋板的辦法。這也給加工制造帶來了一些困難。B.檢修困難螺旋板內(nèi)部損壞了很難修理。因此處理易腐蝕的介質(zhì)時(shí)應(yīng)選擇耐腐蝕的金屬材料來制造。5.4結(jié)構(gòu)型式國際上習(xí)慣按流體流過通道的方式分為四類：I型、II型、III型和G型。而我國又習(xí)慣于按端面焊接的方式來分類：I型、II型、III型。這里我們主要介紹國內(nèi)分法，對于國際上的分類不做討論。凡是兩端面全部焊死，兩個(gè)通道都不能進(jìn)行機(jī)械清洗時(shí)，國內(nèi)統(tǒng)稱為I型，或稱為不可拆式螺旋板換熱器。凡是在螺旋板兩個(gè)端面進(jìn)行交錯(cuò)焊接密封，并用可拆卸的頂蓋和墊片密封的就稱為II型。這種設(shè)備的的兩個(gè)通道均可在拆卸頂蓋后進(jìn)行機(jī)械清洗，故又稱可拆式螺旋板換熱器。還有I型和II型的混合型，此型螺旋體的一個(gè)端面全部焊死，而另一個(gè)端面則留下一個(gè)通道不焊接，另一個(gè)通道仍焊死。所以混合型的一個(gè)流體通道的兩端全部焊死，不能進(jìn)行機(jī)械清洗（只能化學(xué)清洗），而另一通道的一端是焊死的，另一端是敞開的，可以進(jìn)行機(jī)械清洗。此外，還有用四張鋼板卷制成的螺旋體，其中一個(gè)通道的兩端全部焊死，而另一個(gè)通道則兩端全敞開。甲介質(zhì)在兩端全焊死的通道內(nèi)由周邊旋轉(zhuǎn)至中心，然后又由中心旋轉(zhuǎn)至周邊排出，也即甲介質(zhì)的的進(jìn)口和出口都在周邊上；乙介質(zhì)只能作軸向流動(dòng)，這種類型在我國統(tǒng)稱III型。（二）板式換熱器1.設(shè)計(jì)方案1.1根據(jù)熱量平衡的關(guān)系，求出未知的換熱量和質(zhì)量流量，同時(shí)算出兩流體的平均溫度差；1.2參考有關(guān)資料、數(shù)據(jù)，設(shè)定總傳熱系數(shù)K，求出換熱面積S，根據(jù)已知數(shù)據(jù)初選換熱器的型號(hào)；1.3運(yùn)用有關(guān)關(guān)聯(lián)式驗(yàn)證所選換熱器是否符合設(shè)計(jì)要求；1.4參考有關(guān)資料、數(shù)據(jù)，查出流體的污垢熱阻；1.5根據(jù)式求得流體的總傳熱系數(shù)，該值應(yīng)不小于初設(shè)的總傳熱系數(shù)，否則改換其他型號(hào)的換熱器，由（3）開始重新計(jì)算；1.6如果大于初設(shè)值，則再進(jìn)一步核算兩流體的壓強(qiáng)降和換熱量，是否滿足設(shè)計(jì)要求，否則改換其他型號(hào)的換熱器；1.7當(dāng)所選換熱器均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，該換熱器才是合適的。確定物性參數(shù)2.1初始參數(shù)Eu=385Re-0.17工質(zhì)為水，冷流體時(shí)為0.4，熱流體時(shí)為0.3Eu=585Re-0.14工質(zhì)為油，冷流體時(shí)為0.4，熱流體時(shí)為0.3。單張板片的換熱面積為0.1m2,板間距4mm，板片寬度為0.5米，允許壓降0.5Mpa。2.2列出表格符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)值t1'煤油進(jìn)口溫度℃原始數(shù)據(jù)80t1''煤油出口溫度℃原始數(shù)據(jù)55t2'水進(jìn)口溫度℃原始數(shù)據(jù)35t2''水出口溫度℃原始數(shù)據(jù)55W換熱器功率w原始數(shù)據(jù)2000000Fp單板換熱面積m2原始數(shù)據(jù)0.1b板間距mm原始數(shù)據(jù)4L板片寬度mm原始數(shù)據(jù)200t1m煤油平均溫度℃t1m=t1''+Fc(t1'-t1'')62.5μ1煤油黏度kg/(m?s)查表0.0008165λ1煤油導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)查表0.1101cp1煤油比熱J/(kg·℃）查表2225ρ1煤油密度kg/m3查表789Pr1普朗克數(shù)查表16.55t2m冷流體平均溫度℃t2m=(t2'+t2'')/245μ2冷流體粘度kg/(m?s)查表0.0005772λ2冷流體導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)查表0.6369cp2冷流體比熱J/(kg·℃）查表4180ρ2冷流體密度kg/m3查表989.43Pr2普朗克數(shù)查表3.788M1熱流體質(zhì)量流量kg/hM1=W*3600/cp1/(t1'-t1'')129438.2022M2冷流體質(zhì)量流量kg/hM1=W*3600/cp2/(t2''-t2')86124.40191m1假定煤油的流程數(shù)個(gè)假定4m2假定水的流程數(shù)個(gè)假定8n1假定煤油的流道數(shù)個(gè)假定110n2假定水的流道數(shù)個(gè)假定55Δtlm,c對數(shù)平均溫差℃Δtlm,c=[(t1'-t2'')-(t1''-t2')]/ln[(t1'-t2'')/(t1''-t2')]22.40710059Wmin煤油熱容量W/℃Wmin=M1*Cp180000NTU傳熱單元數(shù)NTU=K*F/Wmin1.150224491ψ溫差修正系數(shù)查表3.190.97Δtm對數(shù)平均溫差℃Δtm=ψ*Δtlm,c21.73488757ω1煤油流速m/sω1=M1/3600/ρ1/(b/1000)/(L/1000)/n10.517845607G1煤油質(zhì)量流速kg/(m2?s)G1=ρ1*ω1408.5801839de1當(dāng)量直徑mmde1=2*b8Re1煤油雷諾數(shù)Re1=de1*G1/μ1/10004003.235114tw1'估算壁溫℃假定50tw1壁溫檢驗(yàn)℃tw1=tm1–K(1/α1+r1)△tm48.41766215μw1壁溫下煤油黏度kg/(m?s)查表0.000983α1煤油側(cè)對流換熱系數(shù)W/(m2?℃)α1=λ1*0.268*Re1^0.732*Pr1^0.3*(μ1/μw1)^0.14/(de1/1000)3615.370606ω2水的流速m/sω2=M2/3600/ρ2/(b/1000)/(L/1000)/n20.549523118G2水的質(zhì)量流速kg/(m2?s)G2=ρ2*ω2543.7146585de2mmde2=de1=2*b8Re2水的雷諾數(shù)Re2=de2*G2/μ2/10007535.892703tw2'估算壁溫℃假定50μw2壁溫下水的黏度kg/(m?s)查表0.000577tw2壁溫檢驗(yàn)℃tw2=tm2+K(1/α2+r2)△tm51.06652121α2水側(cè)對流換熱系數(shù)W/(m2?℃)α2=λ2*0.367*Re2^0.599*Pr2^0.4*(μ2/μw2)^0.14/(de2/1000)10457.69749r1煤油側(cè)污垢熱阻m2?℃/W查表0.00034r2水側(cè)污垢熱阻m2?℃/W查表0.00017δ板厚mm原始數(shù)據(jù)1λ板片導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)原始數(shù)據(jù)（不銹鋼板材）14.4K傳熱系數(shù)W/(m2?℃)K=1/(1/α1+1/α2+δ/1000/λ+r1+r2)1050.790368F所需傳熱面積m2F=W/K/Δtm87.57023485Nt'由傳熱面積求板片數(shù)個(gè)Nt'=F/Fp+2877.7023485Nt''由流程流道數(shù)求板片數(shù)個(gè)Nt''=m1*n1+m2*n2+1881Eu1煤油側(cè)歐拉數(shù)Eu1=585*Re1^(-0.14)183.1548032ΔP1'煤油側(cè)壓降N/m2ΔP1'=Eu1*ρ1*(ω1)^238752.15944ΔP1MPaΔP1=m1*ΔP1'0.155008638Eu2水側(cè)歐拉數(shù)Eu2=385*Re2^(-0.17)84.40104609ΔP2'水側(cè)壓降N/m2ΔP2'=Eu2*ρ2*(ω2)^225217.66312ΔP2MPaΔP2=m2*ΔP2'0.2017413052.2關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)熱流體質(zhì)量流量35.96冷流體質(zhì)量流量23.92煤油速度0.52水速0.55傳熱面積所求板片數(shù)878由流程流道所求板片數(shù)881煤油側(cè)壓降0.16水側(cè)壓降0.20注意事項(xiàng)板式換熱器中冷熱流體的流程流道數(shù)乘積應(yīng)該相等，否則無法進(jìn)行板管排布；各側(cè)壓降應(yīng)小于0.5Mpa；CAD制圖4.1板式全圖4.2板式煤油單管程4.3板式水單管程5存在問題箱體長度達(dá)到了三米五，相當(dāng)長，在分析計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)是換熱面積相對小了點(diǎn)，于是更改初始參數(shù)進(jìn)行第二次計(jì)算。6更改換熱面積6.1新的參數(shù)冷源工質(zhì)為水，對應(yīng)的準(zhǔn)則方程如下，冷流體時(shí)為0.4，熱流體時(shí)為0.3，Eu=385Re-0.17熱源為油，對應(yīng)的準(zhǔn)則方程如下，冷流體時(shí)為0.4，熱流體時(shí)為0.3，Eu=585Re-0.14單張板片換熱面積為0.5m2,板間距4mm，板片寬度為0.5米，允許壓降0.5Mpa6.2計(jì)算表格符號(hào)單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)值t1'煤油進(jìn)口溫度℃原始數(shù)據(jù)80t1''煤油出口溫度℃原始數(shù)據(jù)55t2'水進(jìn)口溫度℃原始數(shù)據(jù)35t2''水出口溫度℃原始數(shù)據(jù)55W換熱器功率w原始數(shù)據(jù)2000000Fp單板換熱面積m2原始數(shù)據(jù)0.5b板間距mm原始數(shù)據(jù)4L板片寬度mm原始數(shù)據(jù)500t1m煤油平均溫度℃t1m=t1''+Fc(t1'-t1'')62.5μ1煤油黏度kg/(m?s)查表0.0008165λ1煤油導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)查表0.1101cp1煤油比熱J/(kg·℃）查表2225ρ1煤油密度kg/m3查表789Pr1普朗克數(shù)查表16.55t2m冷流體平均溫度℃t2m=(t2'+t2'')/245μ2冷流體粘度kg/(m?s)查表0.0005772λ2冷流體導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)查表0.6369cp2冷流體比熱J/(kg·℃）查表4180ρ2冷流體密度kg/m3查表989.43Pr2普朗克數(shù)查表3.788M1熱流體質(zhì)量流量kg/hM1=W*3600/cp1/(t1'-t1'')129438.2022M2冷流體質(zhì)量流量kg/hM1=W*3600/cp2/(t2''-t2')86124.40191m1假定煤油的流程數(shù)個(gè)假定2m2假定水的流程數(shù)個(gè)假定4n1假定煤油的流道數(shù)個(gè)假定50n2假定水的流道數(shù)個(gè)假定25Δtlm,c對數(shù)平均溫差℃Δtlm,c=[(t1'-t2'')-(t1''-t2')]/ln[(t1'-t2'')/(t1''-t2')]22.40710059Wmin煤油熱容量W/℃Wmin=M1*Cp180000NTU傳熱單元數(shù)NTU=K*F/Wmin1.150224491ψ溫差修正系數(shù)查表3.190.97Δtm對數(shù)平均溫差℃Δtm=ψ*Δtlm,c21.73488757ω1煤油流速m/sω1=M1/3600/ρ1/(b/1000)/(L/1000)/n10.455704134G1煤油質(zhì)量流速kg/(m2?s)G1=ρ1*ω1359.5505618de1當(dāng)量直徑mmde1=2*b8Re1煤油雷諾數(shù)Re1=de1*G1/μ1/10003522.846901tw1'估算壁溫℃假定50tw1壁溫檢驗(yàn)℃tw1=tm1–K(1/α1+r1)△tm48.31581198μw1壁溫下煤油黏度kg/(m?s)查表0.000983α1煤油側(cè)對流換熱系數(shù)W/(m2?℃)α1=λ1*0.268*Re1^0.732*Pr1^0.3*(μ1/μw1)^0.14/(de1/1000)3292.411718ω2水的流速m/sω2=M2/3600/ρ2/(b/1000)/(L/1000)/n20.483580344G2水的質(zhì)量流速kg/(m2?s)G2=ρ2*ω2478.4688995de2mmde2=de1=2*b8Re2水的雷諾數(shù)Re2=de2*G2/μ2/10006631.585579tw2'估算壁溫℃假定50μw2壁溫下水的黏度kg/(m?s)查表0.000577tw2壁溫檢驗(yàn)℃tw2=tm2+K(1/α2+r2)△tm51.0205316α2水側(cè)對流換熱系數(shù)W/(m2?℃)α2=λ2*0.367*Re2^0.599*Pr2^0.4*(μ2/μw2)^0.14/(de2/1000)9686.81923r1煤油側(cè)污垢熱阻m2?℃/W查表0.00034r2水側(cè)污垢熱阻m2?℃/W查表0.00017δ板厚mm原始數(shù)據(jù)1λ板片導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)原始數(shù)據(jù)（不銹鋼板材）14.4K傳熱系數(shù)W/(m2?℃)K=1/(1/α1+1/α2+δ/1000/λ+r1+r2)1013.781111F所需傳熱面積m2F=W/K/Δtm90.76708799Nt'由傳熱面積求板片數(shù)個(gè)Nt'=F/Fp+2183.534176Nt''由流程流道數(shù)求板片數(shù)個(gè)Nt''=m1*n1+m2*n2+1201Eu1煤油側(cè)歐拉數(shù)Eu1=585*Re1^(-0.14)186.4621718ΔP1'煤油側(cè)壓降N/m2ΔP1'=Eu1*ρ1*(ω1)^230551.58024ΔP1MPaΔP1=m1*ΔP1'0.06110316Eu2水側(cè)歐拉數(shù)Eu2=385*Re2^(-0.17)86.25529705ΔP2'水側(cè)壓降N/m2ΔP2'=Eu2*ρ2*(ω2)^219957.59148ΔP2MPaΔP2=m2*ΔP2'0.0798303666.3關(guān)鍵數(shù)據(jù)熱流體質(zhì)量流量35.96冷流體質(zhì)量流量23.92煤油速度0.46水速0.48傳熱面積所求板片數(shù)184由流程流道所求板片數(shù)201煤油側(cè)壓降0.06水側(cè)壓降0.087CAD制圖7.1板式全圖7.2煤油單管程7.3水單管程8設(shè)計(jì)結(jié)果板式換熱器板式換熱器構(gòu)造：1——前支柱；2——活動(dòng)壓緊板；3——上導(dǎo)桿；4——墊片；5——板片；6——固定壓緊板；7——下導(dǎo)桿；8——壓緊螺柱、螺母。換熱面積（m2）：35流程組合：單板換熱面積（m2）；0.5當(dāng)量直徑（m）：0.008板片厚度（m）：0.004材料：18.8不銹鋼工藝參數(shù)名稱熱側(cè)冷側(cè)物料名稱煤油循環(huán)水操作溫度（℃）80/5535/55流量（kg/h）129438.202286124.40191流體密度（kg/m3）789989.43流速（m/s）0.45570.4836傳熱量（W）總傳熱系數(shù)（W/（m2·℃））1013.781壓強(qiáng)降（Pa）6110379830介紹9.1介紹板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比列管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%以上。板式換熱器，本成套設(shè)備由板式換熱器、平衡槽、離心式衛(wèi)生泵、熱水裝置（包括蒸汽管路、熱水噴入器）、支架以及儀表箱等組成。用于牛奶或其它熱敏感性液體之殺菌冷卻。欲處理的物料先進(jìn)入平衡槽，經(jīng)離心式衛(wèi)生泵送入換熱器、經(jīng)過預(yù)熱、殺菌、保溫、冷卻各段，凡未達(dá)到殺菌溫度的物料，由儀表控制氣動(dòng)回流閥換向、再回到平衡槽重新處理。物料殺菌溫度由儀表控制箱進(jìn)行自動(dòng)控制和連續(xù)記錄，以便對殺菌過程進(jìn)行監(jiān)視和檢查。此設(shè)備適用于對牛奶預(yù)殺菌、巴式殺菌。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。9.2特點(diǎn)（與管殼式比較）9.2.1.傳熱系數(shù)高由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動(dòng)，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50~200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是管殼式的3~5倍。9.2.2.對數(shù)平均溫差大，末端溫差小在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動(dòng)方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃fff.9.2.3.占地面積小板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場所，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/8。c.容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。9.2.4.重量輕板式換熱器的板片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。9.2.5.價(jià)格低采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價(jià)格比管殼式約低40%~60%。9.2.6.制作方便板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。9.2.7.容易清洗框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過程十分方便。9.2.8.熱損失小板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計(jì)，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。9.2.9.容量較小是管殼式換熱器的10%~20%。9.2.10.單位長度的壓力損失大由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。9.2.11.不易結(jié)垢由于內(nèi)部充分湍動(dòng)，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/2.工作壓力不宜過大，介質(zhì)溫度不宜過高，有可能泄露板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250℃以下，否則有可能泄露。9.2.13.易堵塞由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。五、設(shè)計(jì)評述本次課程設(shè)計(jì)是對緊湊式換熱器的設(shè)計(jì)，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本列管式換熱器的設(shè)計(jì)可以說基本完成了。一開始接到這個(gè)任務(wù)很迷茫，因?yàn)楸緛韺Q熱器的設(shè)計(jì)這個(gè)概念就不清楚，而且對于畫圖一直也是我的弱項(xiàng)，所以心情很浮躁，過