换热器计算说明书

吉林大学《热交换器原理与设计》课程设计说明书

题目：乙醇管壳式换热器设计姓名李权学号 专业能源与动力工程（热能）指导教师黄海珍沈淳2016年10目录

第1章设计任务书第2章计算过程表格第3第3章传热管布置排列草图3.1管路安排 ...错误!未定义书签。1错误!未定义书签。3.2流型安排13.2流型安排1错误!未定义书签。第4章总结错误!未定义书签。第5第5章参考文献14第一章设计任务书题目17对固定管板的乙醇管壳式换热器进行传热计算、结构计算、和阻力计算。在该换热器中，要求：乙醇进出口温度为25°C、45°C乙醇流量：2.5kg/s热水的进出口水温为55°C、50°C乙醇和热水的工作表压力均为0.3MPa。具体要求：1、 设计任务说明本次课程设计是一次虚拟设计，主要目的是为了完成一次完整的换热器热力计算和流阻计算。学生应根据给定的课程设计题目，在指定的设计时间内独立完成全部设计任务，并提交换热器结构总图A0图纸一张，设计计算说明书1份。2、 设计要求（1）计算说明书要求计算说明书应包含完整的传热计算及流阻计算，参数选取及结构设计合理，计算正确，并附上结构简图。热力计算建议采用电子表格计算。计算说明书内容依次为：封面，目录，主要符号说明，设计说明书，设计方案介绍，热力计算及流阻计算表，主要结构尺寸及计算结果汇总表，总结，参考文献。（2）图纸绘制要求图纸绘制需符合机械制图规范，手绘或机绘人选。手绘图至少需要两个视图表达换热器结构，机绘需用三维图形软件绘制，并投影二维结构图，同时提交三维电子版及二维打印版图纸文件。要求图面结构参数及计算说明书相符。第二章计算过程表格

表1.1计算表格项目符号单位计算公式或数据来源数值备注原始数据1水的进口温度t，°C由题意552水的出口温度——1 t,,°C由题意503乙醇的进口温度——1 t2,C由题意254乙醇的出口温度t2,,C由题意455水的工作表压力P1MPa由题意0.36乙醇的工作表压力P2MPa由题意0.37乙醇流量MKg/s由题意2.5流体的物性参数8水的定性温度2tC(匕』")/252.59水的比热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水的导热系数入1W/(m*C)查物性表64.8*10-213水的普兰德数Pr1查物性表3.5414乙醇定性温度tm2C（匕+匕，）/23515乙醇比热CP2KJ/(kg*C)查物性表2.74216乙醇密度P2Kg/m3查物性表756.6517乙醇导热系数入2W/(m*C)查物性表0.2418乙醇黏度口2Kg/(m*s)查物性表630*10-619乙醇普兰德数Pr2查物性表7.2传热20热损失系数nL取用0.98

量及平均温差21传热量QKWQ=Mcp（t，，-t，）2 2 2 2134.35822热水量M1Kg/sM=Q/nc（t，-t，，）1 Lp1 1 116.3723逆流时的对数平均温差Atlm,c°CAt "'max—"'min而，。= At|n maxAt.min17.3824参数P及RPRP=t，，-t，/t，-t，2 2 1 2R=t，-1，/t，，-t，0.331.525温差修正系数W 1 1 2 2 0.926有效平均温差Atm°C15.55估算传热面积及传热面结构27初选传热系数K，W/（m2*C）查参考资料400以外径为准28估算传热面积F,m2F，=Q/K，Atm21.629管子材料及规格mm选用碳钢无缝钢管中25*2.530管程内水的流速31m/s选用131管程所需流通截面Atm2AM=P1010.006532每程管数n根4An=—t兀d22133每程管长lml=F'/nZ兀d“t0取标准长334管子排列方式选等边三角形35管中心距smm由表2.23236分程隔板槽处管中心距lEmm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拉杆直径mm1640作草图41作图结果所得数据六边形层数管子数拉杆数传热面积管束中心至最外层管中心距离antF，’根根m2m见表2.6,估计壳体直径在400~700mm之间n网=46xkx0.025x3由草图量得或算出64243.9270.11242管束外缘直径DLm0.112x2+2x0.01250.24943壳体内径DSmDs=DL+2b3b3=0.25d=6.25mm,因b3>8mm,故取b3=8mm按GB151-1999规定，取标准直径0.261544长径比l/Ds=3/0.261511.47合理45管程接管直径D1mmD1=1.13黑按钢管标准取值中89X446管程雷诺数Re1Re=笠35970.1547管程换热系数aiW/(m2.°C)入以］=—^x0.023xRe10.8xiPr10.45452.948折流板形式选定弓形49折流板缺口高度hm取h=0.25Ds0.066管程计算

50折流板的圆心角度12051折流板间距lsm(0.2~1)DS=(0.2~1)x0.2651取0.2552折流板数目Nb块3000/250-11153折流板上管孔数个见草图3954折流板上管孔直径dHm由GB151-19990.025455通过折流板上管子数根见草图3756折流板缺口处管数根见草图957折流板直径Dbm由GB151-1999规定0.259158折流板缺口面积AWgm2A=Dws4-92(l-丑]IDJJsin92」0.010559错流区内管数占总管数的百分数FC[(D兀+2—k1.「—<srnarc(兀2arcco;)—2h'■^——DlJ(D-2;os——kdl(D-2h; kDl，]h|「」J0.6460缺口处管子所占面积AWtm2Awt=耳2nG-Fc)0.0037161流体在缺口处的流通面积Abm2Ab=AWg-AWt0.00679

62流体在两折流板间错流流通截面积Acm2Ac=L如Dl+捋]Le J0.01563壳程流通截面积ASm2A=JAAs bc0.010264壳程接管直径D1mm按4D22计算，并由钢管标准选相近规格①114*565错流区管排数Nc排见草图466每一缺口内的有效错流管排数Ncw排hNcw=0.8—sp1.87767旁流通道数Ne168旁通挡板数Nss对选取069错流面积中旁流面积所占分数FhbpF=bpDs-Dl+扣J0.575/Ac70一块折流板上管子和管孔间的泄漏面积Ahtbm2Ab=兀d（dH-d0）2G+F》ct0.0010871折流板外缘与壳体内壁之间的泄漏面积Asbm2A=Ds®-Db）sb 2兀一arccosf1一2h]L " Ds力0.008272壳程雷诺数Re2Re2=^^H2Ac6613.7673理想管束传热因子j由图2.290.01174折流板缺口校正因子jc由图2.301.0475折流板泄漏校正因子h由Asb+AtbA c 0.65

sbAsb+Atb查图2.3176旁通校正因子jb由N及Fbp查图2.32 c 1.077壳程传热因子j0j0=jjjb0.007478壳程质量流量GsKg/(m2.s)G=MsAs 245.179壳侧壁面温度tw°C假定4080壁温下乙醇黏度^w2Kg/(m*s)查物性表991X10-681壳侧换热系数a2W/(m2.C)a2=jGCP2Pr2-2/3(^2/51267.1需用传热面积82水垢热阻r1s,1(m2XC)/W查有关资料0.0001783乙醇污垢热阻J(m2XC)/W查有关资料0.00017684管壁热阻略85传热系数KW/(m2.C)K="1 d"a;+rs，i+rs，2d+_1业La2di _-1450.3786传热面积Fm2F=卫-KAtm19.3387传热面积之比F"/F21.6/19.331.117488检验壳侧壁温t9w2Cri \tw2=tm2-K—+，s,2S2 JAtm41.83阻力计算89管内摩擦系数fi查图2.360.00690管侧壁温t]w1C假定52

91壁温下水的黏度HW1Kg/(m*s)查物性表545.4X10-692沿程阻力iPa刘=41%W1fLpgfa^2~i\-0.14；5922.593回弯阻力△prPaAPr=4咛Zt7904.894进出口连接管阻力PaA%=1.5哼741.07595管程总阻力PaAPt=M+APr+APN14568.37596理想管束摩擦系数fk查图2.370.2297理想管束错流段阻力斗Pa△Pbk=%w24fkM^k2Ac2P1\-0.14J68.8498理想管束缺口处阻力apwkPaAP= M222A.Ap1(2+0.6N)cw126.7799旁路校正系数Rb查图2.391.0100折流板泄漏校正系数Rl查图2.380.1101折流板间距不等的校正系数Rs间距相等，不需校正1102壳程总阻力Ap'sPa△p；=r1+2Ap(N-bNA9hkRhbkb-&方+]Pwk J:R410.57表1.2换热器主要结构尺寸和计算结果参数 管程（水） 壳程（乙醇）

质量流量/(kg/s)6.4372.5进/出口温度/°c55/5025/45压力/MPa(表压力)0.30.3物性参数定性温度/c52.535密度kg/m3988.1745.65定压比热容/kJ/(kg/C)4.1742.742动力黏度/kg/m.s0.549X10-30.630X10-3导热系数/W/(m.C)0.6480.240普朗特数3.547.20设备结构参数形式固定管板式台数1壳体内径/mm261.5管子材料碳钢无缝钢管管径/mm①25X2.5管心距/mm32管长/mm3000排列正三角形管数目/根42折流板数11传热面积/m219.33折流板间距/mm250管程数2壳程1主要计算结果管程壳程流速/(m/s)1.0020.324表面传热系数/W/(m2.C)5452.91267.1污垢热阻/m2.C/W0.000170.000176总阻力/Pa14568.4410.57传热量/kw134.358传热温差/K15.55传热系数/W/m2.C451.37传热面积裕量/%10.5%第三章传热管的布置排列草图

3.1管路安排本次设计是由水与乙醇进换热，考虑到乙醇的粘度较水高，流量较水小，沸点较水低，且水为热流体，于是水走管程，而乙醇走壳程。3.2换热器流型设计结合换热器的长径比（热力计算中求出），换热器流型选为＜1-2＞型。第4章总结这次固定管板式换热器毕业设计课题是在黄海珍老师和沈淳老师共同的悉心指导下完成的。在指导设计过程中，两位老师严谨的教学态度、细心的点拨与讲解，都让我受益非常多。通过查看相关标准，进行设计计算和设计绘图。通过对标准的使用对标准更加熟悉了。通过标准与教材的同步使用，使理论知识与设计应用联系在