管壳式热交换器设计全解6

第二章 管壳式热交换器1与换热系数有关的几个问题 定性温度取法流体的平均温度壁面温度流体和壁面的平均温度油类高粘度流体卡路里温度流体进出口的算数平均温度分段计算2卡路里温度特点传热系数可以被视为常量传热系数和平均对数平均温差的乘积等于变化的传热系数和实际温差的乘积。卡路里温度公式热流体的平均温度冷流体的平均温度卡路里分数FC3壳侧流体被冷却时 Fc=0.3；壳侧流体被管程的水蒸气加热时 Fc=0.55壳侧和管侧均为油时 Fc 0.45粘度在 10-3Pas以下的低粘性液体 Fc=0.5定型尺寸选取原则 对流体运动或传热发生主要影响的尺寸圆管内的换热过程 取管子内径 di圆管管外强迫流动换热 管子外径 d04非圆形管道 当量直径 d0当量直径A 流体的流通截面积式中 ：U 湿周边或热周边长阻力 它是全部湿润周边传热 参与传热的周边5粘度修正非定温流动热流方向因子修正项Pr的不同方次加热冷却壁温未知试差法近似值液体冷却气体加热6液体 加热冷却气体同时存在对流换热与辐射换热的处理具有辐射能力的气体温度较高辐射对流总换热系数7辐射C0 黑体辐射常数，其值为 5.67W/(m2k4) n 换热系统的组合黑度； 角系数T1,T2 两辐射物体的绝对温度式中 ：8三、壁温的计算放热侧壁温吸热侧壁温式中 ：rs,1,rs,2 分别为放热侧、吸热侧污垢热阻K， 应在同一基准表面计算注意 ：9试算法壁温换热系数步骤假定一侧壁温 (如 tw1) 求这侧的换热系数（ 1）计算另一侧壁温（ tw2）算另一侧的换热系数 2算另一侧的单位面积传热量（ q2）假定壁温正确q1=q2q1q2结束重新假定壁温 (如 tw1) 10注意假设壁温时，假设值应接近 值大的那种流体的温度。如果要考虑污垢热阻时，应该加入污垢热阻的因素。牛顿迭代法 。作图方法11在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度 ts=111.38的蒸汽加热某种溶液，已知其管径为 322mm ，管高 l=1.5m，材料的导热系数 =52w/(m ), 管内溶液的平均温度 t2=68 ,换热系数 2=3348w/(m2 ) 求蒸汽侧的管壁温度 tw1。溶液侧单位传热面的传热量解凝结液膜的平均温度12蒸汽与壁面温差蒸汽凝结的换热系数蒸汽侧单位面积的传热量比较 q1与 q2是否相等最终求得壁温 tw1=98 ,q89000w/m213第四节 管壳式热交换器的流动阻力计算黏性流动阻力产生的根源流动阻力产生的条件 固体壁面流动阻力大小的决定因素 物理性质流动状况壁面因素热交换器流动阻力分类 摩擦阻力局部阻力 14管壳式热交换器的阻力管程阻力壳程阻力阻力不允许超过允许范围一、管程阻力的计算沿程阻力 Pi回弯阻力 Pr进出口连接管阻力 PN15沿程阻力 Pi 莫迪圆管摩擦系数wt 管内流体流速式中 ：i 管内流体粘度校正因子当 Re2100 i（ / w） -0.14当 Re壳程的压降 管程的压降壳程的压降 管程的压降雷诺数相同光滑管圆管错流 Re=1025*104顺列管束19错列管束式中 ： N 表示流体横掠过管排的数目wmax 最窄流通截面处的流速， m/s弓形折流板的壳程阻力 贝尔法理想管束的摩擦系数图查取理想管束的摩擦系数 fk计算每一理想错流段阻力 PbkMs 壳程流体质量流量， Kg/s. 20计算每一理想缺口阻力 Pwk当 Re100 时Re 100折流板泄漏旁路进出口段折流板间距校正21折流板泄漏旁路折流板泄漏对阻力的影响校正系数图2.37旁路对阻力的影响的校正系数图2.38进出口段折流板间距当 Re100 时， n=1.6当 Re 100时， n=122壳程的总阻力23埃索法 计算壳程压降 p0 的公式： p1 流体横过管束的压力降， N/m2；p2 流体通过折流板圆缺时的压力降， N/m2；Fs 壳程压力降的结垢修正系数，对于液体取 1.5, 对于气体或可凝蒸汽取 1.0。式中 ：24F 管子排列方法对压力降的修正系数，对于正三角形排列 F = 0.5，对于正方形排列 F = 0.3，对于正方形斜转 45 度 F = 0.4；f0 壳程流体的摩擦系数；nC 横过管束中心线的管子数；NB 折流挡板数； h 折流板间距；u0 按壳程流通截面积计算的流速，通常，液体流经换热器的压力降为 0.1 1atm, 气体为 0.010.1atm, 设计时，换热器的工艺尺寸应在压力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。 式中 ：25第五节 管壳式热交换器的合理设计一、 流体在热交换器内流动空间的选择 原则1、提高传热系数受到限制的那一侧的换热系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近。2、节省金属材料3、清洗污垢方便4、减少热量，冷量损失5、减少壳体和管子因受热不同而产生的温差应力6、在高压下工作的热交换器，使密封简单可靠7、便于流体的流入，分配和排出 26流体流动通道的选择1、不清洁或易结垢的物料应当流过易于清洗的一侧，对于直管管束，一般通过管内，直管内易于清洗；2、需通过增大流速提高 对流换热系数的 的流体应选管程，因管程流通截面积小于壳程，且易采用多程来提高流速；3、腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；4、压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压5、饱和蒸汽宜走壳程，冷凝液易于排出，其 与流速无关；6、被冷却的流体一般走壳程，便于散热7、粘度大、流量小的流体宜选壳程，因壳程的流道截面和流向都在不断变化，在 Re100 即可达到湍流。 27不可能同时满足，应抓住主要矛盾进行选择从流体的压力、腐蚀性及清洗等方面的要求来考虑，再考虑满足其他方面的要求。 二、流体温度和终温的确定 流动方式传热面积已知 平均温差传热单元数法顺流28逆流2