换热器设计示例.docx
- 文档编号:28417590
- 上传时间:2023-07-13
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:401.27KB
换热器设计示例.docx
《换热器设计示例.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《换热器设计示例.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
换热器设计示例
传热学课程设计
一、课程的目的和任务:
传热学课程设计以“传热学课程教学基本要求”为依据,通过课程设计达到以下要求。
1、使学生掌握换热器设计的基本程序和方法。
2、结合课程设计题目,培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力。
3、通过查阅资料,选用设计计算公式,搜集数据,分析工艺参数和结构参数之间的相互影响,增强学生分析问题和解决问题的能力。
二、设计题目
设计一卧式管壳式蒸汽——水加热器,水在管内,蒸汽在管外凝结。
水的质量流量为3.5kg/s,要求从60℃加热到90℃,加热蒸汽的绝对压强为1.6×105Pa干饱和蒸汽,凝结水为饱和水。
换热器管外径19mm,厚1mm的黄铜管,水侧污垢热阻为0.00017m2K/W,水侧阻力损失要求小于0.3×105Pa,求换热器所需换热面积及主要结构参数(管长、管程、每管程管数、传热面积等)。
若换热器外壳的热损失为5%,求蒸汽消耗量。
三、设计要求:
1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程
2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的计算
3、设计结果概要或设计结果一览表
4、设计简图
5、对设计的评述和有关问题的讨论
四、设计方案简介:
设计换热器时应该考虑的问题
(1)流体流经管程或壳程的选择
原则:
传热效果好,结构简单,清洗方便
管程:
不清洁,易结垢,腐蚀性,压力高,有毒性的流体走管内
壳程:
饱和蒸汽,需要冷却的流体,粘度大的液体或流量小的流体以及温差较大的流体中的对流传热系数大的易走管间。
(2)流速u
流体在壳程或管程中的流速不仅直接影响其表面传热系数,而且影响其污垢热阻,从而影响传热系数的大小,特别对于含有泥沙等较易沉积的颗粒物的流体,流速过低,甚至可能导致管道堵塞,严重影响到设备的使用,但流速增大,又将使流体阻力增大,因此选择适宜的流速是十分重要的
下表是管壳式换热器中流速的使用范围:
流体种类
一般流体
易结垢流体
气体
流速
m/s
管程
0.5-3
>1
5-30
壳程
0.2-1.5
>1.5
3-15
下表是管壳式换热器中不同粘度流体的常用流速
流体粘度
>1500
1500-500
500-100
100-35
35-1
<1
PaS
最大流速
m/s
0.6
0.75
1.1
1.5
1.8
2.4
(3)换热器中管子的规格和排列方式
换热管直径越小,换热器单位体积的传热面积越大。
管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。
按选定的管径和流速确定管子数目,再根据所需传热面积,求出管子长度。
管子在管板上的排列方式有:
(4)流体两端温度的确定
设计中,冷却水两端温差可取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。
(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。
但程数过多,导致管程流体阻力加大,增大动力费用;会使平均温度差下降;多程隔板使管板上可利用的面积减少。
管壳式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6等四种。
采用多程时,通常应使每程的管子数大致相等。
(6)折流挡板
安装折流挡板的目的是为了提高壳程流体的对流传热系数。
为达到较好的传热效果,挡板的形状和间距必须适当。
(7)外壳直径的确定
换热器壳体的内径应等于或稍大于管板的直径。
根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子排列方式等,可用做图确定壳体的内径。
一般在初步设计中,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面积,于系列标准中查出外壳的直径。
也可以用下面的公式来估算壳体内径:
(8)材料选用
换热器材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
金属材料:
碳钢、低合金钢、不锈钢、铜和铝。
(9)流体流动阻力(压强降)的计算
A、管程压力降ΔPi
管程压力降由三部分组成。
可按下式进行计算:
B、壳程压力降ΔP0
壳程有无折流板:
对壳程压力降的计算差别很大。
当壳程无折流板。
流体顺着管束流动时。
壳程压力降可按照流体流过直管部分的管内压力降公式计算。
但特征尺寸中管内径应为当量直径De.。
当壳程有折流板时:
具体计算步骤:
解:
按本题给出的数据,确定Ф及Δtm已无困难。
问题是传热系数k涉及水在管内的对流换热表面传热系数h2及蒸汽冷凝表面传热系数h1,而这些又要求已知管内流速,管壁温度,管子在垂直列上的根数,即要求给出管子总数,管程数等。
因此,本题的设计计算需要反复进行试算,即设定结构参数----计算-----校核,才能获得前后一致的计算结果。
在设定换热器的主要结构参数后,按传热公式分项计算,先计算Ф及Δtm再计算k和A,主要步骤如下:
一、设定换热器的部分结构参数
现设换热器为4管程,每管程为16根管,共64根管,在垂直列上管子数平均为8根。
二、对数平均温差Δtm
查水蒸气物性参数表,1.6×105Pa绝对压强时,饱和蒸汽温度ts=133.3℃,
故:
三、换热量
四、蒸汽侧冷凝换热表面传热系数h1
1、定性温度为冷凝液膜平均温度
,但因tw为未知,故须试算,先设定一个壁面温度,待设计计算结束时再校核。
在设定壁面温度时,不妨应用所学传热学知识先分析一下壁温所处的范围,避免出现过大偏差。
根据对流换热的分析,水蒸气凝结时的表面传热系数h
1将比水的表面传热系数h2大得多,故壁温tw应该较接近蒸汽温度。
现已知蒸汽温度为113.3℃,而水的算术平均温度是75℃,两者的中间值是94℃,可见tw一定高于此中间值而低于113.3℃,现假定tw=103.2℃。
则:
2、定型尺寸:
水平管束取nd1,n为垂直列上的管数,由选定值n=8,又管外径d1=0.019m。
3、表面传热系数h1
五、水侧表面传热系数h2
1、由水的定性温度查水的物性数据:
2、流速u:
因蒸汽凝结换热表面传热系数比水高,因此热阻主要在水侧,水侧的流速高,对传热有利,但设计要求阻力不超过0.3
×105Pa,它是对水侧流速的制约,这样就只能在阻力不超过的前提下尽量提高流速。
当设计开始前在选定换热器主要结构参数时,就应该考虑流速的问题,因为设定了结构参数,流速也就设定了,余下的问题是待传热计算后,再对管内流动阻力进行校核。
3、水侧换热表面传热系数h2:
六传热系数k
七、换热面积及管长
八、蒸汽消耗量M1
九、阻力计算
十、设计结果览表
管程
壳程
流量
温度
物
性
定性温度
密度
热容
粘度
导热系数
设
备
结
构
参
数
型式
管壳式
台数
壳径mm
壳程
管径mm
管子总数
管长mm
管子排列
面积m2
压强
挡板间距mm
挡板数
管程
主要计算结果
管程
壳程
流速
传热系数
污垢热阻
阻力损失
热负荷
传热温度
总传热系数
十一、设计评述
(注:
可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!
)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 换热器 设计 示例