１９８９年１期 炼油设计 。‘ｌ·
气一气热管换热器的传热计算
长岭炼油厂设备研究所 巩爱真张爱群
提要推荐一种鞍简便的、工程上实用的计算方法并附有加热炉烟气杂热回收用的热 管空气换热器柏计算１ 题。
木工艺计算办法仪供设计气一气热管 换热 盱参考 用。方法简便易懂，适 目
范圉较宽，对工程设计有其足够的计算精
度。
传热计算
热管换热器的基木传热计算仍可用传
统的对流传热公式，且ｆｊ ０＝Ｋ－Ａ· （１）
对公式（１）中的传热醯积 按热管 冷、热各端总的光管外表面科计算对数 平均温差出求法与｛∈它换热器一样而 如何求出热营的总传热系数 需作特别 推导
１．热管总传热系数Ｋ的推导
根据围ｌ，热介质通过热端管壳传绐 瞥内工质的热量０ 为
０１ ｌ－Ａ１·（１１一ｆ ）
（２） 冷介质通过冷端管壳吸收管内工质的 热量０ ｚ为
０ ＝ ２·Ａ：·（ｆ 一ｆｔ）
而靠川披泡型塔盘。
●考文越 （３） 冷端
ａ
圈１ 标准热蕾传热晨曩圈
热管冷 热端的全部光管外表面税 为基摧，热介质传给冷介质的热量Ｑ，４ｔｌ
掘公式（１）可表示为
０：Ｋ·Ａ·（ｆ 一ｆ。）
（４） 忽略管’ 热阻等热损失，即
０ ≈０ ｚ≈０经推导计算得
Ｋ＝ ——————— ｌ Ｋ】 ｌ 一 ～广— 百 ‘ 一
（５） 因为工程应用中热管的冷热端为同 径，所以光管外表面积之比即管长之比．
Ｃ １】‘ 蒜 》。１９８５（１１】 （２）‘蒜｛由 ，１０８３（１） Ｃ ０】
‘石■蒜■ ，ｌ９ ９（ＩＯ） 维普资讯 Ｌ
ｌＬ１ Ｌ 百 工 蠡｝由设计
最后得热管总传热系数表达式为
Ｋ 丁Ｔ ｒ— Ｋ 一 十 ‘
（６） ２．热管冷、热端传热系数Ｋ：、Ｋ·
热端传热系数
ｌ＝ 一：Ｌ＋上＋月ｄｌ－ｌ ０．】
（７） 冷端传热系数
一 １
ｄｆ ２ ⅡＩ ２
翅片管总的外膜传热系数ａ
士十月。 ｕＯ · · ａ· （８）
管壳式换热器的设计及计算
管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。它由一个外壳和多个热交换管组成。在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。
首先，选择适合的换热器类型。根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。
接下来，确定换热器的尺寸。首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。
确定流体特性是设计换热器的关键一步。需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。这些参数将用于计算热量传递量和压降。此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。
计算热量传递量是设计换热器的核心任务。可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。 最后，要计算管壳式换热器的压降。压降是流体通过换热器时产生的能量损失。为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。
综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。通过准确的设计和计算，可以满足不同应用场景下的换热要求，提高热能利用效率，实现能源的节约与环保。
换热器的设计
姓名：
学号：
目录
1.设计方案简介............................................. 1
1.1固定管板式换热器 ....................................... 2
1.2浮头式换热器 ........................................... 2
1.3U型管式换热器 .......................................... 2
1.4填料函式换热器 ......................................... 3
2.设计任务................................................. 3
3.设计方案的确定........................................... 3
3.1选择换热器的类型 ....................................... 3
3.2流程安排 ............................................... 4
3.3确定物性参数 ........................................... 4
3.4估算传热面积 ........................................... 4
3.4.1热流量 ............................................... 4
3.4.2对数平均传热温度差 ................................... 4
3.4.3平均传热温差校正及壳程数 ............................. 5
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。
