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毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。
2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。
其总流阻损失应在满足规定要求。
2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。
3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。
3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。
3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。
西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间：2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。
柴油流量位28700kg/h；循环水初温为22℃，经换热后升温到46℃。
换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降不大于100kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换换热器。
二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据；2、目录；3、设计方案的确定；4、工艺计算及主体设备设计；5、辅助设备的计算及选型；（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、设计结果概要或设计结果汇总表；7、参考资料、参考文献；目录一．设计任务及设计条件 (3)二．设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三．确定物性数据 (3)四．估算传热面积 (3)五．工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六．换热器核算 (7)（一）.热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)（二）传热管壁温及壳体壁温计算 (9)（三）阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七．换热器主要计算结果汇表 (11)八．主要符号说明 (11)九．换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十．参考文献 (15)一．设计任务及设计条件：用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃，冷却水为清净河水，进口温度22℃，选定冷却水出口温度46℃，设计一台列管换热器完成冷却任务。
利用HTRI进行管壳式换热器的设计发布时间：2021-07-05T02:51:01.218Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：王建航[导读] 常用的管壳式换热器主要有固定管板式，浮头式及U型管式。
一般优先选用固定板式换热器。
对壳体和管子温差超过30°C或冷热流体进口温差超过110°C的情况应考虑选用浮头式换热器。
对于高温高压流体应考虑选用U型管换热器。
空气产品（山东）工程设计有限公司山东省淄博市 255000摘要：管壳式换热器作为重要的换热设备，在石油石化行业应用广泛。
本文阐述了如何借助HTRI进行管壳式换热器的设计，以及在设计过程中需要注意的问题，从而设计出经济实用的换热器。
关键词：管壳式换热器；HTRI管壳式换热器又称列管式换热器，因其制造容易，生产成本低，适应性强，处理量大，工作可靠，维护方便，在石油，化工，能源等行业的应用中处于主导地位。
【1】相比于其他型式的换热器，其理论研究，设计技术及标准化和规范化也是最完善的。
【2】随着计算机技术的发展，专门的换热器计算软件HTRI，HTFS已经成为换热器计算的主要手段，并很好的符合实际的生产工况。
本文主要叙述如何利用HTRI进行管壳式换热器的设计。
1 设计前应确定的条件1.1明确两股流体的工艺参数及要求初步确定换热器的形式。
常用的管壳式换热器主要有固定管板式，浮头式及U型管式。
一般优先选用固定板式换热器。
对壳体和管子温差超过30°C或冷热流体进口温差超过110°C的情况应考虑选用浮头式换热器。
对于高温高压流体应考虑选用U型管换热器。
1.2根据两股流体的物性确定冷热流体的流程。
1/易结垢的物料应走容易清洗的一侧；2/有毒，有腐蚀性或高压的物料应走管程；3/通常蒸汽为便于排凝，一般通入壳程；4/高粘度流体或在管程为层流的流体，可考虑其走壳程。
因为壳程中的挡板有利于流体达到湍流，提高换热系数；1.3根据流体物性确定合适的污垢系数流体的结垢会严重影响换热器的换热效果。
介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管内流速）含污垢系数0.0003。
水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管内流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003实际运行还少有保守。
有余量约10%冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃)水水 850～1700水气体 17～280水有机溶剂 280～850水轻油 340～910水重油60～280有机溶剂有机溶剂115～340水水蒸气冷凝1420～4250气体水蒸气冷凝30～300水低沸点烃类冷凝 455～1140水沸腾水蒸气冷凝2000～4250轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。
K值通常在800~2200W/m2·℃范围内。
列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。
螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃范围内。
板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃范围内。
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。
第23卷第1期2021年1月Vol.23,No.1Januaiy2021大连民族大学％报Journal of Dalian Minzu University文章编号：2096-13=3(2021)01-0001-06管式换热器传热系数的研究齐济，刘春艳，方兴蒙,姚暄泽，石松(大连民族大学生命科学学院，辽宁大连116605)摘要:研究影响传热系数的因素,包括换热器几何结构和列管换热器的不同管程流动分布的影响，以便在设计过程中合理调整结构参数,使换热器提高传热性能％通过对换热器结构、流动状态、管程流动分布变化的实验，处理并分析实验数据,得出在套管换热器内，插入强化丝不仅可以增加空气侧对流传热系数,而且对蒸汽侧对流传热系数也有提高作用，空气流速越快,效果越明显;列管换热器中，单管流动总传热系数最大,随着流通管数的增加，流速降低,传热系数降低。
插入强化丝导致流动阻力增大、速率减小、边界层变厚、热阻增加、强化效果不理想％关键词:传热系数;强化传热技术;列管换热器;套管换热器中图分类号:TK124文献标志码:AResearch on Heat Transfer Coefficient of Tube Heat ExchangersQI Ji,LIU Chun-yan,FANG Xing-meng,YAO Xuan-ze,SHI Song(Schooi of Life Science,Dalian Minzu University,Dalian Liaoning116605,China)Abstract:Thr factors affecting thr heat transfer coefficients were investifated,which included thr geometricoi structure of a heat exchanarr and thr fow distribution in tubr patOs of a tubr heat so as to adjust thr structurai parameters rersonabiy in future design and improve the heat transfer peOormancc of the heat exchanger.By changing its structure,fow pdem and the tube side fow distribution,and on the cclculation and analysis of expemmentai datr,the foilowing conclusions were o btained.The heat transfer coefficients of both air and steam sines in the doubie-pipe heat exchanger wera increased by inseymg reinforcement wire.The heat transfer coefficient was increased with air velocity increasing.In the tubular heat exchangee,the totai heat transfee coefficient of single-pipe fow was maxirnum in the tubular heat exchangee.As the numbee of eowing pipes increased,the heat transfee coefficient decreased with the reduction of S ow speed.With the insetion of reinforced wire,the S ow resistanco increased,the rate decreased,the boundsy layee thickened,and the thermt resistanco increased,which meant the strengthening effeci was not ineOKey words:heat transfee coefficient;heat transfee enhancement technoloey;tubulae heat ec-change);douboe-pipeheatecchange)传热不仅是自然界中普遍存在的能量传递现象,也是工业生产中最常见的单元操作过程之一%无论在能源、化工、动力、冶金、机械等工业过程中，还是在建筑、农业、环境保护等领域，都涉及传热过程。
一、填空题（每空1分，共20分）1．流体的静止状态是流体运动的一种______形式。
静止流体的规律就是流体在______场的作用下流体内部______变化的规律。
该变化规律的数学描述，称为流体静力学基本方程，简称静力学方程。
（特殊，重力，压力）2．在圆形管道中，不可压缩流体定态流动的连续性方程表明：当流体的体积流量一定时，流速与管径平方成______比（正、反）。
此流动规律与管道的放置方式、管道上是否装有管件、阀门及输送机械的布置情况______关（有、无），它只是描述不可压缩流体在圆形管道中的______衡算关系。
（反，无，物料）3．离心泵的工作原理可由两个过程说明。
①排液过程：启动前泵内灌满液体，叶轮带动液体高速旋转并产生离心力，在离心力作用下液体从叶片间排出并在蜗牛形壳体内汇集。
由于壳体内流道渐大，部分______压头转化为静压头，在泵的出口处液体获得较高的静压头而排液。
②吸液过程：离心泵在排液过程中，叶轮中心处（包括泵入口）形成______区，由于被吸液面压强的作用，产生压强差，从而保证了液体连续不断地吸入叶轮中心。
（动，低压）4．在换热器内，冷热流体间热量传递过程的机理是：热量首先由热流体主体以______的方式传递到间壁内侧，然后以______的方式穿过间壁，最后由间壁外侧以______的方式传递至冷流体主体。
（对流，导热，对流）5．在计算换热器的热负荷时，必须分清属于有相变还是无相变，然后依据不同算式进行计算。
例如，对蒸气的______、______过程的热负荷，要予以分别计算，然后相加。
（冷凝，冷却）6．雷诺准数的表达式为。
当密度ρ＝1000kg.m-3,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s-1在管中流动时，其雷诺准数等于 ,其流动类型为__ __。
(Re=d ｕρ/μ，105，湍流；)7． 当地大气压为750mmHg 时, 测得某体系的表压100mmHg,则该体系的绝对压强为___ _ _mmHg, 真空度为 __Pa 。
