换热器毕业论文摘要

列管式换热器的设计计算 ________________________________________ 【关键词】列管式换热器 【论文摘要】列管式换热器的设计计算 列管式换热器的设计计算 ? 1． 流体流径的选择 ? 哪一种流体流经换热器的管程,哪一种流体流经壳程,下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) ? (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内,以便于清洗管子. (2) 腐蚀性的流体宜走管内,以免壳体和管子同时受腐蚀,而且管子也便于清洗和检修. (3) 压强高的流体宜走管内,以免壳体受压. (4) 饱和蒸气宜走管间,以便于及时排除冷凝液,且蒸气较洁净,冷凝传热系数与流速关系不大. (5) 被冷却的流体宜走管间,可利用外壳向外的散热作用,以增强冷却效果. (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内,因管程流通面积常小于壳程,且可采用多管程以增大流速. (7) 粘度大的液体或流量较小的流体,宜走管间,因流体在有折流挡板的壳程流动时,由于流速和流向的不断改变,在低Re(Re>100)下即可达到湍流,以提高对流传热系数. ? 在选择流体流径时,上述各点常不能同时兼顾,应视具体情况抓住主要矛盾,例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求,然后再校核对流传热系数和压强降,以便作出较恰当的选择. 2. 流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速,将加大对流传热系数,减少污垢在管子表面上沉积的可能性,即降低了污垢热阻,使总传热系数增大,从而可减小换热器的传热面积.但是流速增加,又使流体阻力增大,动力消耗就增多.所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出. 此外,在选择流速时,还需考虑结构上的要求.例如,选择高的流速,使管子的数目减少,对一定的传热面积,不得不采用较长的管子或增加程数.管子太长不易清洗,且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降.这些也是选择流速时应予考虑的问题. 3. 流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定,就不存在确定流体两端温度的问题.若其中一个流体仅已知进口温度,则出口温度应由设计者来确定.例如用冷水冷却某热流体,冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计,而换热器出口的冷水温度,便需要根据经济衡算来决定.为了节省水量,可使水的出口温度提高些,但传热面积就需要加大；为了减小传热面积,则要增加水量.两者是相互矛盾的.一般来说,设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃.缺水地区选用较大的温度差,水源丰富地区选用较小的温度差. 4. 管子的规格和排列方法? 选择管径时,应尽可能使流速高些,但一般不应超过前面介绍的流速范围.易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径.我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×及φ19×mm两种规格的管子. 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则.长管不便于清洗,且易弯曲.一般出厂的标准钢管长为6m,则合理的换热器管长应为、2、3或6m.系列标准中也采用这四种管长.此外,管长和壳径应相适应,一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些). 如前所述,管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等,如第五节中图4－25所示.等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少,且管外流体扰动较大,因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子.正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁,适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低.正方形错列排列则介于上述两者之间,即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高.? 管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距),随管子与管板的连接方法不同而异.通常,胀管法取t=(～)do,且相邻两管外壁间距不应小于6mm,即t≥(d+6).焊接法取t=. 5. 管程和壳程数的确定? 当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时,有时会使管内流速较低,因而对流传热系数较小.为了提高管内流速,可采用多管程.但是程数过多,导致管程流体阻力加大,增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少,设计时应考虑这些问题.列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种.采用多程时,通常应使每程的管子数大致相等. 管程数m可按下式计算,即: ? (4-121)? 式中?u―――管程内流体的适宜速度, m/s； ? u′―――管程内流体的实际速度, m/s.? 图4-49串联列管换热器 当壳方流体流速太低时,也可以采用壳方多程.如壳体内安装一块与管束平行的隔板,流体在壳体内流经两次,称为两壳程,如前述的图4-47和图4-48所示.但由于纵向隔板在制造、安装和检修等方面都有困难,故一般不采用壳方多程的换热器,而是将几个换热器串联使用,以代替壳方多程.例如当需二壳程时,则将总管数等分为两部分,分别安装在两个内径相等而直径较小的外壳中,然后把这两个换热器串联使用,如图4-49所示. 6. 折流挡板? 安装折流挡板的目的,是为了加大壳程流体的速度,使湍动程度加剧,以提高壳程对流传热系数. 第五节的图4－26已示出各种挡板的形式.最常用的为圆缺形挡板,切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％,一般取20～25％,过高或过低都不利于传热. 两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(～1)倍.系列标准中采用的h值为:固定管板式的有150、300和600mm三种；浮头式的有150、200、300、480和600mm五种.板间距过小,不便于制造和检修,阻力也较大.板间距过大,流体就难于垂直地流过管束,使对流传热系数下降. ?挡板切去的弓形高度及板间距对流体流动的影响如图3-42所示. ?7. 外壳直径的确定? 换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径.根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等,可用作图法确定壳体的内径.但是,当管数较多又要反复计算时,作图法太麻烦费时,一般在初步设计时,可先分别选定两流体的流速,然后计算所需的管程和壳程的流通截面积,于系列标准中查出外壳的直径.待全部设计完成后,仍应用作图法画出管子排列图.为了使管子排列均匀,防止流体走"短路",可以适当增减一些管子.? 另外,初步设计中也可用下式计算壳体的内径,即: ? (4-122) 式中 ?D――――壳体内径, m； ? t――――管中心距, m； ? nc―――－横过管束中心线的管数； ? b′―――管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离, 一般取b′=(1～)do. nc值可由下面的公式计算. 管子按正三角形排列时: (4-123) 管子按正方形排列时: (4-124) 式中n为换热器的总管数. ?按计算得到的壳径应圆整到标准尺寸,见表4-15.? 8．主要构件? 封头封头有方形和圆形两种,方形用于直径小的壳体(一般小于400mm),圆形用于大直径 的壳体. 缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击,可在进料管口装设缓冲挡板. ?导流筒 壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间(死角),为了提 高传热效果,常在管束外增设导流筒,使流体进、出壳程时必然经过这个空间.? 放气孔、排液孔 换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔,以排除不凝性气体和冷凝液等.? 接管尺寸 换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算,即: ?式中Vs--流体的体积流量, /s； ? ?u --接管中流体的流速, m/s. 流速u的经验值为:? 对液体 u=～2 m/s 对蒸汽 u=20～50 m/s? 对气体 u=(15～20)p/ρ (p为压强,单位为atm ；ρ为气体密度,单位为kg/)? 9． 材料选用? 列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用.在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降.同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的.目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等.不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好,但价格高且较稀缺,应尽量少用. ?10． 流体流动阻力(压强降)的计算 ? (1) 管程流体阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得.对于多程换热器,其总阻力 Δpi等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和.一般进、出口阻力可忽略不计,故管程总阻力的计算式为: ? ? （4-125）? 式中 ?Δp1、Δp2------分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降,N/；? ? Ft-----结垢校正因数,无因次,对于φ25×的管子, 取为,对φ19×2mm的管子,取为； ? ? Np-----管程数； ? ? Ns-----串联的壳程数.? 上式中直管压强降Δp1可按第一章中介绍的公式计算；回弯管的压强降Δp2由下面的经验公式估算,即: ? ? (4-126) (2) 壳程流体阻力 现已提出的壳程流体阻力的计算公式虽然较多,但是由于流体的流动状况比较复杂,使所得的结果相差很多.下面介绍埃索法计算壳程压强Δpo的公式,即: ? ? (4-127) 式中 Δp1′-------流体横过管束的压强降,N/； ?Δp2′-------流体通过折流板缺口的压强降,N/；? ?Fs --------壳程压强降的结垢校正因数,无因次,对液体可取 ,对气体或可凝蒸气 可取 而 (4-128) (4-129) 式中 F----管子排列方法对压强降的校正因数,对正三角形排列F=,对正方形斜转45°为,正方形排列为； ? fo----壳程流体的摩擦系数,当Reo＞500时, nC----横过管束中心线的管子数； ? NB----折流板数；? ? h ----折流板间距,m；? uo----按壳程流通截面积Ao计算的流速,而. 一般来说,液体流经换热器的压强降为 ～1atm,气体的为～.设计时,换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以权衡,使既能满足工艺要求,又经济合理. ?三、 列管式换热器的选用和设计计算步骤 ? 1． 试算并初选设备规格? (1) 确定流体在换热器中的流动途径.? (2) 根据传热任务计算热负荷Q.? (3) 确定流体在换热器两端的温度,选择列管式换热器的型式；计算定性温度,并确定在定性 温度下流体的性质. ?(4) 计算平均温度差,并根据温度校正系数不应小于的原则,决定壳程数.? (5) 依据总传热系数的经验值范围,或按生产实际情况,选定总传热系数K选值.? (6) 由总传热速率方程?Q＝KSΔtm,初步算出传热面积S,并确定换热器的基本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等),或按系列标准选择设备规格.? 2． 计算管、壳程压强降? 根据初定的设备规格,计算管、壳程流体的流速和压强降.检查计算结果是否合理或满足工 艺要求.若压强降不符合要求,要调整流速,再确定管程数或折流板间距,或选择另一规格的设备,重新计算压强降直至满足要求为止.? 3． 核算总传热系数? 计算管、壳程对流传热系数αi 和αo,确定污垢热阻Rsi和Rso,再计算总传热系数K',比较K得初始值和计算值,若K'/K＝～,则初选的设备合适.否则需另设K选值,重复以上计算步骤 .? 通常,进行换热器的选择或设计时,应在满足传热要求的前提下,再考虑其他各项的问题.它们之间往往是互相矛盾的.例如,若设计的换热器的总传热系数较大,将导致流体通过换热器的压强降(阻力）增大,相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积,可能使总传热系数和压强降降低,但却又要受到安装换热器所能允许的尺寸的限制,且换热器的造价也提高了. 此外,其它因素(如加热和冷却介质的用量,换热器的检修和操作)也不可忽视.总之,设计者应综合分析考虑上述诸因素,给予细心的判断,以便作出一个适宜的设计.

如何强化传热技术及一些典型的应用 论文摘要：本文阐明了强化传热技术的重要性及其发展趋势；包括强化传热的分类、强化传热的途径、强化传热的应用场合等；列举了一些强化传热的典型应用，包括表面增强型蒸发管、采用波纹换热管管内强化传热、采用超声波抗垢强化传热技术、采用螺旋槽管的强化传热技术、采用小热管的强化传热技术等。通过分析得出强化传热应注意的一些问题。 论文关键词：强化传热 典型 应用 由于生产和科学技术发展需要强化传热从80年代起就引起了广泛的重视和发展。表现在设计和制造各类高性能热设备，航空，航天及核聚变等尖端技术，计算机里密集布置电子元件的有效冷却。正是上述原因促使人们对强化传热进行及为广泛的研究和探讨，从80年代到现在近20多的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热研究报告举不胜数。 一、强化传热技术的分类 （一）导热过程的强化 导热是热量传递的三种基本方式之一，它同样也存在着强化问题。导热是依靠物体中的质量（分子，原子，或自由电子）运动来传递能量。固体内部不同温度层之间的传热就是一种典型的导热过程，但固体之间接触存在着接触热阻，降低了能量的传递，在高热流场合下，为了尽快导出热量必须设法降低接触热阻，一般可采用以下方法： 1、提高接触面之间光洁度或增加物体间的接触压力以增加接触面积 2、在接触面之间填充导热系数较高的气体（如氦气） 3、在接触面上用电化学方法添加软金属涂层或加软技术垫片 （二）辐射换热的强化 辐射换热普遍存在于自然界和许多生产过程中，只要物体温度高于绝对零度，它就能依靠电磁波向外发射能量，所以物体之间总是存在着辐射换热，在物之间温度差别不是很大的情况下，辐射换热可以忽略，但在高温设备中辐射却是换热的主要方式。而影响辐射换热的因素主要有：表面粗糙度，固体微粒，材料。 （三）对流换热强化 对流强化传热与流体的物理特性，流动状态，流道几何形状，有无相变发生以及传热壁面的表面状况等许多因素有关。其中对流换热的有源强化又可分为：利用机械搅动加强流体与壁面间的传热，流体脉动和传热面震动时的对流换热，电磁场作用下的对流换热，经过多孔壁有质量透过时的壁面换热。而对流换热的无源换热又可分为：管内插入物对传热的增强，涡旋流动的强化传热，添加物对流换热，流化床与埋管间的传热，射流冲击。 二、强化传热的途径 在热设备中应用强化传热技术的目的一般有：（1）增加输热量；（2）减少换热面积和缩小设备体积；（3）降低载热剂输送功率的消耗；（4）降低高温部件的温度。在表面式换热器中，单位时间内的换热量Q与冷热流体的温度差△t及传热面积F成正比，即Q=KF△t，式中K为传热系数，是反映传热强弱的指标。从上式可以看出，增大传热量可以通过提高传热系数，扩大传热面积和增大传热温差3种途径来实现。 三、应用场合 不同的强化传热技术有不同的应用场合：对流换热按其发生的原因可分为自然对流换热和强制对流换热。在这良种对流换热过程中，就流体的.运动状态又可区分为层流换热及湍流关热，这取决于流体的雷诺数，流道集合形状和固体的壁面状况。从流道集合想状来看就更为复杂，既有圆形，环形，三角形，弧形，又有纵向或横向掠过管簇以及由各种形状管翅或板翅结构组成的复杂集合通道。如果流体在穿热过程中发生相变，则又有迟内沸腾，流动沸腾及蒸汽凝结之分。 前面提到的那些强化传热技术，有的只使用于特定的某些传热介质和传热过程，有的则对所有对流换热状态都有不同程度的强化作用。其中在各类通道中强制对流（包括层流及湍流）换热的强化研究得最多，因而也是最成熟的和在工业上应用的最广的。从强化传热各类措施来看，研究得最多的是各种发展表面，粗糙表面和涡旋强化，而且它们还被广泛地应用于各类热设备中去。就目前来看，应用最多的是换热器方面的强化传热。当然其他电子方面也有很多。 四、强化传热的应用举例 （一）表面增强型蒸发管 采用双侧强化管型，管内侧有内螺纹槽，管外侧是一种利用机械加工的双重凹陷多孔结构，管型的机构其总传热系数随着流速的增大而增大，当管内水流速为时，主翅和内翅的翅高分别为和，翅数分别为52和38时，增大了换热面积，管表面更多的凹陷增加了汽化核心数量，其换热性能最为优越。 （二）采用波纹换热管管内强化传热 用波纹管代替传统的光滑直管，能大大强化热量传递。分别在实验环境温度20度，管程水流量40-1400L/h，雷诺数Re=1800 -24000，蒸汽压力为，蒸汽温度为度；实验环境温度20度，管程水流量范围40-1400L/h，雷诺数Re=1800-24000，蒸汽压力为，蒸汽温度为度。在实验Re变化范围内，波纹管的管内对流传热系数a和努塞尔数Nu均随着Re的增大而增大，并且都比光滑直管大倍。 （三）采用超声波抗垢强化传热技术 超声波在液体媒质中传播时会产生机械振动作用，空化作用和热作用。这些作用同时产生效应，会减弱成垢物质的分子之间结合力以及析出垢粒与管道间的附着力，破坏垢物生成和板结的条件，阻止垢物的生长，从而实现防垢的功能。同时也可导致已形成的垢物脱落，形成松散而不易板结的沉淀物，达到除垢作用。超声波抗垢装置主要由超声波发生器，传声系统和换能器组成。石油大学等人的研究表明循环动态情况下与静态情况下的结垢程度相当；声波的防垢作用是很明显的，其防垢效率最低达85%，比通常的化学防垢效果还搞，如果实验条件加以改进其效果会更好。 前苏联科学家研究发现，当声强大于15W/m2时，超声波可使积垢系数（垢层热阻于总热阻之比）降低并做到整个生产期不用清洗。中国蓝星化学清洗总公司研究得出：超声波有明显的阻垢功效，施加20kHZ的声波可使钙离子和碳酸根离子的结合过程变得很缓慢，阻垢率达到85%以上。 （四）采用螺旋槽管的强化传热技术 周强泰等人通过对螺旋槽管管内外单相流体传热进行研究，并将试验数据按流动参数，物性参数和几何参数采用无量纲准则进行整理，给出了Re=104-105范围内换热系数的关联式，该关联式可以作为螺旋槽管换热器的设计依据。 螺旋槽管代替光管作空气预热器，可减轻末级空气预热器的积灰，提高传热能力，因而可降低排烟温度及提高热风温度；可以代替回转式空气预热器，解决其漏风和积灰问题，此外还可根据不同的具体情况解决锅炉的一些特殊问题。螺旋槽管作为电站锅炉空气预热器的传热管件，大量应用与现役煤粉锅炉空气预热器的更换改造和新型的整套设计，其性能明显比其他型式空气预热器优越。 （五）采用小热管的强化传热技术 对五种内径相近的小热管在不同工作温度，热流密度及倾角下的传热研究，五种热管带有不同吸液芯结构：微粒管，网芯管，加网芯槽管烧结芯管，光管。五种热管的蒸发传热系数都随工作温度的升高而增加；随着倾角的增大而增大；微粒管和网芯管的传热系数基本上随热流密度的增大而增加，而加网芯管微粒管，烧结芯管和光管则随热流密度的增加而逐渐减小。有吸液芯的四种热管都不同程度地强化了管内蒸发和凝结换热，其中，微粒管的传热系数最高，而且对倾角的变化敏感，大倾角时约为光管的9倍，小倾角约为光管的14倍；加网芯管微粒管的凝结强化效果最好，其传热系数可达光管的15倍。 五、强化传热应该考虑的问题 （一）采用强化传热措施所获得的设备功率的增加和系统热效率的提高，或者设备体积减小，传热介质输送功率降低等效果究竟有多大？ （二）采用所选择的强化传热措施后需要增加多少费用？工艺复杂性怎么样？能否大规模生产？ （三）所采用的强化传热方法与传热介质的相容性如何？能否保证强化传热性能持久有效？ （四）采用强化传热措施后能收到多大的经济效益？ 六、总结 大多数强化传热方法都能有效地提高传热系数，能起到很好的强化传热的目的，但各种方法都有其最合适的应用场所，需根据具体的问题采用不同的强化方法，作到最优化的强化传热。对于任何一种新的强化传热技术，仅停留在理论上的研究是不够的，还应对其应用领域进行深入的了解，调查和研究，并掌握有针对性地解决存在问题的方法，才能在实践中得到推广应用。 相关论文查阅： 大学生论文 、 工商财务论文 、 经济论文 、 教育论文 热门毕业论文 ;