吉林大學《熱交換器原理與設計》課程設計說明書

題目：乙醇管殼式換熱器設計姓名李權學號 專業能源與動力工程（熱能）指導教師黃海珍沈淳2016年10目錄

第1章設計任務書第2章計算過程表格第3第3章傳熱管布置排列草圖3.1管路安排 ...錯誤!未定義書簽。1錯誤!未定義書簽。3.2流型安排13.2流型安排1錯誤!未定義書簽。第4章總結錯誤!未定義書簽。第5第5章參考文獻14第一章設計任務書題目17對固定管板的乙醇管殼式換熱器進行傳熱計算、結構計算、和阻力計算。在該換熱器中，要求：乙醇進出口溫度為25°C、45°C乙醇流量：2.5kg/s熱水的進出口水溫為55°C、50°C乙醇和熱水的工作表壓力均為0.3MPa。具體要求：1、 設計任務說明本次課程設計是一次虛擬設計，主要目的是為了完成一次完整的換熱器熱力計算和流阻計算。學生應根據給定的課程設計題目，在指定的設計時間內獨立完成全部設計任務，并提交換熱器結構總圖A0圖紙一張，設計計算說明書1份。2、 設計要求（1）計算說明書要求計算說明書應包含完整的傳熱計算及流阻計算，參數選取及結構設計合理，計算正確，并附上結構簡圖。熱力計算建議采用電子表格計算。計算說明書內容依次為：封面，目錄，主要符號說明，設計說明書，設計方案介紹，熱力計算及流阻計算表，主要結構尺寸及計算結果匯總表，總結，參考文獻。（2）圖紙繪制要求圖紙繪制需符合機械制圖規范，手繪或機繪人選。手繪圖至少需要兩個視圖表達換熱器結構，機繪需用三維圖形軟件繪制，并投影二維結構圖，同時提交三維電子版及二維打印版圖紙文件。要求圖面結構參數及計算說明書相符。第二章計算過程表格

表1.1計算表格項目符號單位計算公式或數據來源數值備注原始數據1水的進口溫度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水的導熱系數入1W/(m*C)查物性表64.8*10-213水的普蘭德數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乙醇導熱系數入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Pr2查物性表7.2傳熱20熱損失系數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逆流時的對數平均溫差Atlm,c°CAt "'max—"'min而，。= At|n maxAt.min17.3824參數P及RPRP=t，，-t，/t，-t，2 2 1 2R=t，-1，/t，，-t，0.331.525溫差修正系數W 1 1 2 2 0.926有效平均溫差Atm°C15.55估算傳熱面積及傳熱面結構27初選傳熱系數K，W/（m2*C）查參考資料400以外徑為準28估算傳熱面積F,m2F，=Q/K，Atm21.629管子材料及規格mm選用碳鋼無縫鋼管中25*2.530管程內水的流速31m/s選用131管程所需流通截面Atm2AM=P1010.006532每程管數n根4An=—t兀d22133每程管長lml=F'/nZ兀d“t0取標準長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拉桿直徑mm1640作草圖41作圖結果所得數據六邊形層數管子數拉桿數傳熱面積管束中心至最外層管中心距離antF，’根根m2m見表2.6,估計殼體直徑在400~700mm之間n網=46xkx0.025x3由草圖量得或算出64243.9270.11242管束外緣直徑DLm0.112x2+2x0.01250.24943殼體內徑DSmDs=DL+2b3b3=0.25d=6.25mm,因b3>8mm,故取b3=8mm按GB151-1999規定，取標準直徑0.261544長徑比l/Ds=3/0.261511.47合理45管程接管直徑D1mmD1=1.13黑按鋼管標準取值中89X446管程雷諾數Re1Re=笠35970.1547管程換熱系數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管程計算

50折流板的圓心角度12051折流板間距lsm(0.2~1)DS=(0.2~1)x0.2651取0.2552折流板數目Nb塊3000/250-11153折流板上管孔數個見草圖3954折流板上管孔直徑dHm由GB151-19990.025455通過折流板上管子數根見草圖3756折流板缺口處管數根見草圖957折流板直徑Dbm由GB151-1999規定0.259158折流板缺口面積AWgm2A=Dws4-92(l-丑]IDJJsin92」0.010559錯流區內管數占總管數的百分數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計算，并由鋼管標準選相近規格①114*565錯流區管排數Nc排見草圖466每一缺口內的有效錯流管排數Ncw排hNcw=0.8—sp1.87767旁流通道數Ne168旁通擋板數Nss對選取069錯流面積中旁流面積所占分數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殼程質量流量GsKg/(m2.s)G=MsAs 245.179殼側壁面溫度tw°C假定4080壁溫下乙醇黏度^w2Kg/(m*s)查物性表991X10-681殼側換熱系數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查有關資料0.0001783乙醇污垢熱阻J(m2XC)/W查有關資料0.00017684管壁熱阻略85傳熱系數KW/(m2.C)K="1 d"a;+rs，i+rs，2d+_1業La2di _-1450.3786傳熱面積Fm2F=衛-KAtm19.3387傳熱面積之比F"/F21.6/19.331.117488檢驗殼側壁溫t9w2Cri \tw2=tm2-K—+，s,2S2 JAtm41.83阻力計算89管內摩擦系數fi查圖2.360.00690管側壁溫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fk查圖2.370.2297理想管束錯流段阻力斗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Rb查圖2.391.0100折流板泄漏校正系數Rl查圖2.380.1101折流板間距不等的校正系數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換熱器主要結構尺寸和計算結果參數 管程（水） 殼程（乙醇）

質量流量/(kg/s)6.4372.5進/出口溫度/°c55/5025/45壓力/MPa(表壓力)0.30.3物性參數定性溫度/c52.535密度kg/m3988.1745.65定壓比熱容/kJ/(kg/C)4.1742.742動力黏度/kg/m.s0.549X10-30.630X10-3導熱系數/W/(m.C)0.6480.240普朗特數3.547.20設備結構參數形式固定管板式臺數1殼體內徑/mm261.5管子材料碳鋼無縫鋼管管徑/mm①25X2.5管心距/mm32管長/mm3000排列正三角形管數目/根42折流板數11傳熱面積/m219.33折流板間距/mm250管程數2殼程1主要計算結果管程殼程流速/(m/s)1.0020.324表面傳熱系數/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/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管路安排本次設計是由水與乙醇進換熱，考慮到乙醇的粘度較水高，流量較水小，沸點較水低，且水為熱流體，于是水走管程，而乙醇走殼程。3.2換熱器流型設計結合換熱器的長徑比（熱力計算中求出），換熱器流型選為＜1-2＞型。第4章總結這次固定管板式換熱器畢業設計課題是在黃海珍老師和沈淳老師共同的悉心指導下完成的。在指導設計過程中，兩位老師嚴謹的教學態度、細心的點撥與講解，都讓我受益非常多。通過查看相關標準，進行設計計算和設計繪圖。通過對標準的使用對標準更加熟悉了。通過標準與教材的同步使用，使理論知識與設計應用聯系在