换热器设计计算步骤

1、换热器设计计算步骤1. 管外自然对流换热2. 管外强制对流换热3. 管外凝结换热已知：管程油水混合物流量G(m3/d)，管程管道长度L(m),管子外径do(m),管子内径di(m),热水温度t°C,油水混合物进口温度tj,油水混合物出口温度t2”Co1. 管外自然对流换热1.1壁面温度设定首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，twC,热w水温度为tC,油水混合进口温度为t'C,油水混合物出口温度为t”C。111t=(t+1")w2i1.2定性温度和物性参数计算管程外为水，其定性温度为(K-1)C1t=(t+t)22w管程外为油水混合物，定性温

2、度为t'C21t'=(t'+1")2211根据表1油水物性参数表,可以查得对应温度下的油水物性参数值一般需要查出的为密度p(kgIm3)，导热系数九(W/(mK),运动粘度(m2/s),体积膨胀系数a(K-i)，普朗特数Pr。表1油水物性参数表水tP入vaPr10999.70.5740.0000013060.0000879.5220998.20.5990.0000010060.0002097.0230995.60.6180.0000008050.0003055.4240992.20.6350.0000006590.0003864.31509980.6480.0

3、000005560.0004573.5460983.20.6590.0000004780.0005222.9970997.70.6680.0000004150.0005832.5580971.80.6740.0000003650.000642.2190965.30.680.0000003260.0006961.95100958.40.6830.0000002950.000751.75油tP入vaPr10898.80.14410.000564659120892.70.14320.000280.00069333530886.60.14230.000153185940880.60.14149.07E

4、-05112150874.60.14055.74E-0572360868.80.13963.84E-0549370863.10.13870.00002735480857.40.13791.97E-0526390851.80.1371.49E-05203100846.20.13611.15E-051601.3 设计总传热量和实际换热量计算Q=CqAt=CqpAt=aCqpAt+卩CqpAt0mv油v油水v水C为比热容j/(kgK),qv为总体积流量m3/s,分别为在油水混合物中油和水所占的百分比，At油水混合物温差，q为总的质量流量kg/s。m实际换热量QQ二Q*1.1/0.900.9为换热器效

5、率，1.1为换热余量。1.4 逆流平均温差计算逆流平均温差ATn°C,Atmax一AtminnAtmaxlnAtmin其中Atmax和Atmin分别为t-1'和t-1"中较大的差值和较小的差值111.5 换热系数的初选在计算中要对换热系数K进行迭代,因此现初选换热系数K'。则初选传热面积F'总管数为N,N=tt1.6管程换热系数h计算2从传热学角度，管程内部属于强制对流换热。dN兀管程流通面积a2=-2*乡*-管程流速w2Ga*3600*242管程雷诺数Re=wd(v的数值是按照1.2中油水混合物定性温度对应查得的2V数值)根据Re的大小判断管内油水

6、混合物的流动状态为层流还是湍流一般Re>104，即为湍流,Re<104则为层流。(1) 管内油水混合物换热状态为湍流换热Nu=0.023Re0.8Prn加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3(2) 管内油水混合物换热状态为层流换热RePriNu=1.86()3L/di管程内换热系数h2=Nu九d1.7壳程换热系数件计算壳程的换热为自然对流换热Gr=gaAtL3相关物性参数见1.2查表计算所得，g为9.8.Nu=C(GrPr)n常数C和n的选取见表2加热表面系数C及指数门形状与位置流动情况示意图流态GnOr、层流0.590.25104.-JxlO30竖平板与竖圆柱、过渡0.029

7、20.393xlO9-2xlO10湍流0.110.33>2xlO10/X层流0.480.25104-5.76xlO8横ET柱过渡0.04450.375.76x10s-4.65xltf湍流0.100.33>4.65x10"壳程换热系数T九h=Nu1de当管外为纵向冲刷d为L,当管外为横向冲刷d为dee01.8污垢热阻计算水侧油污r二0.000342油水混合物油污r二0.000171塑料导热系数九二10.8钢管导热系数九二43.61.9传热系数计算(d、1+h(di1ik二1+r+九+rh212计算所得值和前面1.5设计选取进行对比，如果一致则即为所求答案，如果不一致，则把计

8、算所得代入1.5，再次计算。2.0管板计算中心管排数N0-1.1叫0.5管间距s-1.25d0管板直径Ds-s(N-1)+4d°2. 管外凝结换热1.1壁面温度设定首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，tw°C,热w水温度为tC,油水混合进口温度为t'C,油水混合物出口温度为t"Co111t=(t+1”)w2i1.2定性温度和物性参数计算管程外为水，其定性温度为(K-1)C1t=(t+t)22w管程外为油水混合物，定性温度为t'C21t'=(t'+1")2211根据表1油水物性参数表，可以查得对应温

9、度下的油水物性参数值一般需要查出的为密度p(kgIm3)，导热系数九(Wl(mK)，运动粘度(m2/s),体积膨胀系数a(K-1)，普朗特数Pro表1油水物性参数表水tP入vaPr10999.70.5740.0000013060.0000879.5220998.20.5990.0000010060.0002097.0230995.60.6180.0000008050.0003055.4240992.20.6350.0000006590.0003864.31509980.6480.0000005560.0004573.5460983.20.6590.0000004780.0005222.9970

10、997.70.6680.0000004150.0005832.5580971.80.6740.0000003650.000642.2190965.30.680.0000003260.0006961.95100958.40.6830.0000002950.000751.75油tP入vaPr10898.80.14410.000564659120892.70.14320.000280.00069333530886.60.14230.000153185940880.60.14149.07E-05112150874.60.14055.74E-0572360868.80.13963.84E-0549370

11、863.10.13870.00002735480857.40.13791.97E-0526390851.80.1371.49E-05203100846.20.13611.15E-051601.3 设计总传热量和实际换热量计算Q=CqAt=CqpAt=aCqpAt+卩CqpAt0mv油v油水v水a0分别为在油水混合物中为比热容j/(kgK),qv为总体积流量m3/s,油和水所占的百分比，At油水混合物温差，q为总的质量流量kg/s。m实际换热量QQ二Q*1.1/0.900.9为换热器效率，1.1为换热余量。1.4 逆流平均温差计算逆流平均温差ATn°C,At_Atmax-AtminnA

12、tmaxlnAtmin其中Atmax和Atmin分别为t-1'和t-1"中较大的差值和较小的差值111.5 换热系数的初选在计算中要对换热系数K进行迭代,因此现初选换热系数K'。则初选传热面积F'QAT*K'总管数为N,NttF'1.6管程换热系数h计算2从传热学角度，管程内部属于强制对流换热dNn管程流通面积a2=-2*h*4管程流速w2Ga*3600*242管程雷诺数h=Nu-Re=w的数值是按照1.2中油水混合物定性温度对2d2vi应查得的数值)根据Re的大小判断管内油水混合物的流动状态为层流还是湍流一般Re>104，即为湍流,Re

13、<104则为层流。(3) 管内湍流换热Nu=0.023Re0.8Prn加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3(4) 管内层流换热RePriNu=1.86()3L/dih管程内换热系数h2=Nu1.7壳程换热系数h计算1壳程的换热为凝结换热h=1.1319.8p2X3r0-25(tt)L为对应蒸汽温度t下的气化潜热当蒸汽冲刷竖管壁，L为管长。当蒸汽横向冲刷，L为管道外径1.8污垢热阻计算水侧油污r=0.000342油水混合物油污r=0.000171塑料导热系数X=10.8钢管导热系数X=43.61.9传热系数计算k=1(d'1(dh+r+X+r21才丿+h才12ii1计算所得值

14、和前面1.5设计选取进行对比，如果一致则即为所求答案，如果不一致，则把计算所得代入1.5，再次计算。2.0管板计算中心管排数N0=1.1Nt0.5管间距s=1.25d0管板直径Ds=s(N1)+4d°3. 管外强制对流换热3.1温度油水混合进口温度为t'°C,油水混合物出口温度为t”°C。11管外热水进口温度为t'°C,管外热水进口温度为t”°C,223.2定性温度和物性参数计算管程外为水，其定性温度为(K-1)C1t=(t'+1")2222管程外为油水混合物，定性温度为t'C21t=(t'+1

15、")1211根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值一般需要查出的为密度p(kgIm3)，导热系数九(W/(mK),运动粘度(m2/s),体积膨胀系数a(K-1)，普朗特数Pr。表1油水物性参数表水tP入vaPr10999.70.5740.0000013060.0000879.5220998.20.5990.0000010060.0002097.0230995.60.6180.0000008050.0003055.4240992.20.6350.0000006590.0003864.31509980.6480.0000005560.0004573.5460983.2

16、0.6590.0000004780.0005222.9970997.70.6680.0000004150.0005832.5580971.80.6740.0000003650.000642.2190965.30.680.0000003260.0006961.95100958.40.6830.0000002950.000751.75油tp入vaPr10898.80.14410.000564659120892.70.14320.000280.00069333530886.60.14230.000153185940880.60.14149.07E-05112150874.60.14055.74E-0

17、572360868.80.13963.84E-0549370863.10.13870.00002735480857.40.13791.97E-0526390851.80.1371.49E-05203100846.20.13611.15E-051603.3设计总传热量和实际换热量计算Q=CqAt=CqpAt=aCqpAt+卩CqpAt0mv油v油水v水a0分别为在油水混合物中为比热容j/(kgK),qv为总体积流量m3/s,油和水所占的百分比，At油水混合物温差，q为总的质量流量kg/s。m实际换热量QQ二Q*1.1/0.900.9为换热器效率，1.1为换热余量。3.4 逆流平均温差计算逆流平均

18、温差ATn°C,AtAtmax-AtminnAtmaxlnAtmin其中Atmax和Atmin分别为t'-1'和t"-1"中较大的差值和较小的差值21213.5 换热系数的初选在计算中要对换热系数K进行迭代,因此现初选换热系数K'则初选传热面积F'F'=QAT*K'F'总管数为N，t3.6 管程换热系数h计算2从传热学角度，管程内部属于强制对流换热d.N.n管程流通面积a2二24管程流速w2Ga*3600*242管程雷诺数h二Nu-Re=w(v的数值是按照1.2中油水混合物定性温度对2d2Vi应查得的数值)根据Re的大小判断管内油水混合物的流动状态为层流还是湍流一般Re>104，即为湍流，Re<104则为层流。(5) 管内湍流换热Nu=0.023Re0.8Prn加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3(6) 管内层流换热RePr、1Nu=1.86()3L/di管程内换热系数h2=Nu3.7壳程换热系数h计算1壳程的换热为强制对流换热现根据总的换热量，水的温差和比热可以计算出冷却水量G1亓壳程流通面积a=(D2-N*d2)Ds计算见4.014St0壳程流速w-11a13壳程当