1、課 程 設 計 噸/年熱水的管殼式換熱器設計姓 名 郭寧 院 系 食品工程學院 專 業 熱能與動力工程年 級 熱能本1201 學 號 20122916107 指導教師 鄒欣華 2015年 1月 20 日目錄緒論11設計任務12換熱器設計方案的確定12.1確定流體的流量、壓力、溫度、熱負荷12.2管殼等材料的選擇13換熱器熱力計算13.1流體物性數據13.2傳熱溫差23.3傳熱面積24換熱器結構設計24.1管數和管程數和管束的分程、管子的排列的確定34.2管子在管板上的排列方式45換熱器校核設計45.1核算總傳熱系數55.2確定污垢熱阻65.3核算壓強降66圖紙繪制97主要參考文獻9緒論換熱器的

2、發展動向：換熱器的傳熱與流體流動計算的準確性，取決于物性模擬的準確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性的模擬。兩相流的物性基礎來源于實驗室實際工況的差別。純組分介質的物性數據基本上準確，但汽油組成物的數據就與實際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復雜。為此，要求物性模擬在手段上更加先進，測試的準確率更高。從而使換熱器計算更準確，材料更節省。物性模擬將代表換熱器的經濟技術水平。1設計任務處理能力為噸/年熱水的管殼式換熱器，熱水入口溫度90，出口溫度70，冷卻介質為循環水，入口溫度為30，出口溫度為40，允許壓強降不大于105Pa。每年按照320天計算，每天連

3、續24小時運行。2換熱器設計方案的確定2.1確定流體的流量、壓力、溫度、熱負荷流量：熱水流量噸/年=kg/s 冷卻水流量=246kg/s溫度：熱水入口溫度90，出口溫度70，冷卻介質為循環水，入口溫度為30，出口溫度為40。熱負荷：2.2管殼等材料的選擇選取規格為25*2.5mm的無縫鋼管，3換熱器熱力計算管程流體的定性溫度： 殼程流體的定性溫度： 3.1流體物性數據兩流體在定性溫度下的物性數據如下: 表3-1物性流體密度 /m3比熱KJ/(·)粘度導熱系水35993.954.174727.40.6265 水80971.84.195355.10.6743.2傳熱溫差殼程參數P、R:

4、溫差修正系數 =0.954有效平均溫差的計算：3.3傳熱面積由于熱負荷過大，采用五臺換熱器并聯假設傳熱系數K=1000實際傳熱面積（要求實際傳熱面積比所需傳熱面積大10-20%）4換熱器結構設計確定換熱器的結構，包括流體流速、換熱管直徑和長度、管程數、殼程數、殼體尺寸、折流板尺寸、管子排列方式、管間距等。換熱器熱水用量： 式中： 冷凝器的熱負荷； 冷卻水的定壓比熱；水可取4200； 冷卻水進入溫度，K或； 冷卻水出口溫度，K或。換熱器冷卻水體積流量： 4.1管數和管程數和管束的分程、管子的排列的確定確定單程管數n 換熱器內熱水在管內流速可選取2m/s。設計中選用25×2.5mm鋼管作

5、為換熱器內換熱管。 式中： 管內流體的體積流量， /s； 管子內直徑， m； 流體流速，m/s。 圓整為40取整后的實際流速 4.1.2管程數管束長度式中： 傳熱面積，； 按單程計算的管長，m。 管程數 式中： 為選定的每程管長，考慮到管材的合理利用，取6m。 圓整為4所以換熱器的總管數S根4.2管子在管板上的排列方式管子的排列和擋板、隔板的安排如花板布置圖采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。因為殼程流體壓力較大，故采用焊接法連接管子與管板。取管心距t=1.25d，則t=1.25×2532mm隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=

6、22mm則分程隔板槽兩側相鄰管中心距X =2S=44mm4.21殼體直徑的計算采用多管程結構，取管板利用率= 0.7，則殼體內徑為： 圓整可取D=600mm4.22殼體厚度(s)的計算 式中：s 外殼壁厚，cm； P 操作時的內壓力，N/cm2（表壓），根據壁溫查得為80.8N/cm2 材料的許用應力， N/cm2；查得不銹無縫管YB804-70的許用應力是13230 N/cm2 焊縫系數，單面焊縫為0.65，雙面焊縫為0.85；（取單面焊縫）C 腐蝕裕度，其值在（0.10.8）cm之間，根據流體的腐蝕性而定；取0.7D 外殼內徑，cm。適當考慮安全系數及開孔的強度補償措施，決定取s=17mm

7、5換熱器校核設計對已設計換熱器進行校核計算，包括熱流量校核、傳熱系數校核、熱阻校核、壁面溫度計算、流通通道阻力等。并對前面所做的計算結果做出匯總表。對換熱器的設計結果進行分析，判定是否合理，否則需要改變參數或結構尺寸，甚至改變結構型式重新計算。5.1核算總傳熱系數計算管程對流傳熱系數與假設相一致合 所以 計算殼程對流傳熱系數換熱器中心附近管排中流體流通截面積為：式中 折流擋板間距，取300； 管中心距，對，所以由正三角形排列得： 因為在范圍內，故可用下式計算 殼程中水被加熱，取 所以5.2確定污垢熱阻 管內外側污垢熱阻分別取：總傳熱系數管子材料選用不銹鋼，取其導熱系數為(m·oC)，

8、總傳熱系數為：由前面計算可知，選用該型號換熱器時，要求過程的總傳熱系數為，在傳熱任務所規定的流動條件下，計算出的為，其安全系數為：故所選擇的換熱器是合適的。5.3核算壓強降計算管程壓強降前面已算出：， （湍流）取不銹鋼管壁粗糙度 則，由關系圖中查得： 對于的管子4，Ns=1，計算殼程壓強降其中 管子為正三角形排列，取F=0.4取折流擋板間距h=0.3m 折流擋板數： 殼程流通面積 所以 由上面計算可知，該換熱器管程與殼程的壓強均滿足題目要求，故所選換熱器合適 表5-1管殼式換熱器的結構尺寸和計算結果 項目殼程（冷卻水） 管程（熱水） 流量 /s246122.97進/出口溫度/30/4090/7

9、0壓力/MP0.30.1形式管殼式中的固定管板式臺數5殼體內徑/600管心距/32管徑/25×2.5管子排列管長/6折流板數/個19管數目/根160折流板間距/30傳熱面積/53拉桿數4程數14547.257流速/（m/s）20.22污垢熱阻,()/W1.7×1.7× 傳熱系數，W/（·）4918.71105熱流量/KW1傳熱溫差/42.74提供面積與所需面積比1.034材質不銹鋼 6圖紙繪制圖6.1 換熱器截面圖圖6.2換熱器簡圖7主要參考文獻1李云飛、葛克山，食品工程原理。第一版 中國農業大學出版社，20022余建祖，換熱器原理與設計。第一版 北京航空航天工程大學出版社， 20063李銳，換熱器。內蒙古農業大學