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换热器设计

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目录设计任务和设计条件 (2)原始数据 (2)传热量及平均温差 (4)估算传热面积及传热面结构工艺 (4)管的结构与管内换热系数的计算 (5)壳程结构及壳程计算 (6)需用传热面积 (8)阻力计算 (9)各机构的设计 (10)参考文献 (13)设计任务和设计条件换热器的类型为管壳式换热器，R22走管程，水走壳程。

热流体进口温度20℃ 口温度10℃。

冷流体进口温度5℃，出口温度为11℃。

制冷剂压焓图：各点参数：（一）、原始数据水进口温度 C t ︒='201水出口温度 C t ︒=''101R22流量 h t M /22= 水定性温度 C t t t m ︒=+=''+'=15210202111, 水密度 31/0.999m kg =ρ比热容 C kg kj c p ︒⋅=/19.41水热导率 C m W ︒⋅=/14.01λ水粘度 s /m 1016.126-1⨯=γ 水普朗特数 27.8Pr 1=R22主要在5℃时蒸发的汽化潜热带走水的热量（二）、传热量及平均温差热损失系数 98.0=L ηR22主要在5℃时蒸发的汽化潜热带走水的热量传热量()kW kg kj kg kj s kg M Q L 3.10798.0/963.242/134.4073600/200021=⨯-⨯==γη热流体水流量 s kg t c Q M p /56.2101019.4103.107331111=⨯⨯⨯=∆=平均传热温差 先积分平均温差计算℃06.91,1=∆∆=∆∑=ni i c m tQ Qt 根据表1.1 （1－2）型计算得 89.0=ψ有效平均温差 C t t c m m ︒=⨯=∆=∆10.889.006.9,1ψ（三）、估算传热面积及传热面结构工艺初选传热系数 C m W K ︒⋅='2/900 估算传热面积 20.1510.8900108900m t K Q F m =⨯=∆'='管子材料 冷拨无缝钢管()厚度直径⨯⨯0.112φ 管内冷流体质量流速 s kg u /1202=管程所需流通截面 2322106.436001202000m u M A t -⨯=⨯==每程管数 根内5997.5801.0106.444232≈=⨯⨯⨯==-ππd A n t 每根管长 m d nZ F l t 6.1012.04599.14=⨯⨯⨯'=ππ＝外管子与管子有效长度的乘积m d nZ F Nl t 7.6012.0599.14=⨯⨯⨯'=ππ＝外采用管子成正三角形排列的布置方案，管距s=16mm, 分程隔板槽处管中心距 mm l E 30=对不同流程数N ，有效单管长l ，总根数NZ,组合计算结果如表4三个均分点的比容为：a v =0.0192kg m 3b v =0.0276kg m 3c v =0.036kg m 3根据四均分点比容：123411:1.438:1.875:a b c n n n n v v v v ==：：：：：： 2.31 相应选择各管程管数为 =4321n n n n ：：：21：30：38：47 826652374321====n n n n ，，， 壳体直径附近铜管数cn =27布管限定圆的直径：L D =16×21+12.7=348.7mm由32d D D L S +=（30.25b d =且不小于8mm ，取8mm ）（见《热交换器原理与设计》2.3式）得mm D S 7.327=最终取壳体内径mm D S 350=，厚度为10mm 的无缝钢管（摘自GB/T 17395-2008）长径比： 57.435.0/6.1/==s D l 合理（四）、管的结构与管内换热系数的计算由原始数据查R22的h p -lg 图得，蒸发器进口处kg m /100003.933,4-⨯=ν，蒸发器出口kg m /103556.40331-⨯=ν，液体的体积流量1v q =s m v q m /1000.510003.936002000'33-341⨯=⨯⨯=- 蒸气的体积流量s m v q q m v /1042.22103556.403600200023-312⨯=⨯⨯==-进液接管的内径（选液体流速为s m u /5.21=） mm m u q d v 1.460461.031000.54'43141==⨯⨯⨯==-ππ取无缝钢管外径mm 560⨯出气接管内径（选蒸汽流速为s m u /122=） mm m u q d v 8.480488.0121042.22443211==⨯⨯⨯==-ππ取无缝钢管外径mm 560⨯假定蒸发器按内表面计算的热流密度24000/iW m q>（此假定将在后面检验），则按公式（见《制冷原理与设备》式（9-48）），管内换热系数为0.60.2'0.257.8i m i iq v c d α= mm d i 01.0= c=0.02332 ()KmWi ⋅=2,1278α求得的为光管的换热系数，由2120/()m v kg m s =得，微肋管的增强因子EF 的值2.2（见《小型制冷装置设计指导书》图4－16）km Wi i ⋅=⨯=2,6.28112.2αα（五）.壳程结构及壳程计算折流板形式：弓形折流板上下缺口高度一般为壳体内径的20﹪－45﹪iα'i α取折流板缺口角高度：m D h S 875.025.0== 折流板的圆心角：C ︒120折流板间距： 07.02.0=≥s s D l 所以选取为ls=0.1.折流板数目： 1511001600=-=b N 折流板厚度取 m=5mm折流板上管孔直径：m d H 0124.0= 折流板直径：D b =349.5mm通过折流板上管子数：上根198，下212根 折流板缺口处管数：上根38，下24根 折流板缺口面积：220188.02sin )21(214m D h D A s s wg=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=θθ错流区内管数占总管数的百分数 =⎭⎬⎫⎩⎨⎧----+=)2cos(2)]2(sin[arccos )2(21L s L s L s c D h D crc D h D D h D F ππ0.67 缺口处管子所占面积：2200044.0)1(8m F n d A c t wt =-=π流体在缺口处流通面积：20144.0m A A A wt wg b =-= 流体在两折流板间错流流通截面积： 20001016.0])([m d s sd D D D l A L L s s c =--+-= .壳程流通截面积：20121.0m A A A c b s =⋅=壳程接管直径：m A D s124.041==π取标准规格为热轧无缝钢管51271⨯=φD错流面积中旁流面积所占分数：372.0/]21[=+-=c s E E L s bp A l l N D D F一块折流板上管子和管孔间泄露面积：20000297.0)1(21)(m n F d d d A t c H tb =+-=π折流板外缘与壳体内壁间泄露面积：2000211.0)]21arccos([2)(m D hD D D A sb s s sb =---=π 壳程雷诺数：8.261701016.010*******.056.2Re 6101=⨯⨯⨯==-c l A d M μ 理想管束传热因子：014.0=s j 折流板缺口校正因子：24.1=c j 折流板泄露校正因子：由313.0=+c tbsb A A A 及066.0=+tbsb sbA A A取得997.01=j 旁通校正因子：261.0375.08/3===bp cssF N N 及 查得 94.0=b j.壳程传热因子： ==c b s j j j j j 100.01623 壳程质量流速：s m Kg A M G s s ⋅===21/6.2110121.056.2 壳侧壁面温度 假定=w t 12℃壁温下水粘度 查物性表 s pa w ⋅⨯=-61101115μ 壳侧换热系数 14.0321)(Pr wp s o c G j μμα-= Km Wa ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=-214.032104.3490115511153.841876.21101623.0（六）、需用传热面积水垢热阻 22,00034.0m r s =·℃/W煤油污垢热阻 21,00017.0m r s =·℃/W 管壁热阻 略 传热系数 122,1,1]11[-+++=io i o s s d d d d r r K αα =1]10126.28111101200034.000017.004.34901[-⨯+⨯++=774.42/m W ·℃ 传热面积 2.36.171.84.774108900m t K Q F m =⨯=∆=传热面积之比 F F "=36.170.15=0.864 在0.80--1.00之间，故合理检验壳侧壁温℃14.1210.8)00017.004.34901(4.77415)1(1,111=⨯+⨯-=∆+-=m s m w t r K t t α与原假定值差0.14℃，故原假定值合理(七)、阻力计算通过计算光管的总阻力，再乘以倍数1~2得微肋管的总阻力，取倍数1.5R22饱和蒸汽的流速u47.401.05979.243600200044q u 22mt=⨯⨯⨯⨯=''=''ππρim d Z m/s确定雷诺数 Re u div ''''=''蒸发器蒸发温0t =5℃,据此从物性表中查得R22的 饱和气体物性参数为； 密度ρ=24.79kg/3m动力粘度s Pa ⋅⨯=-51072.11μ运动粘度s m /10473.026-⨯=ν 求得雷诺数 Re 2=102341Re 在4000~810范围，且大于510，故沿程阻力系数选用公式''由''Re 1.8log6.9=λ求得=0.0175.饱和蒸汽的沿程阻力MPa u d NP i 001734.01047.479.242101.0140175.010*********=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=∆--ρλ两相流动时R22的沿程阻力m P 1∆ ρμ⋅=79.242.15⨯=376.808sm kg ⋅ψR =1.092（查《制冷原理与设备》表9-8 P236,采用线性插入法求得）R22两相流沿程阻力a 01750.001603.0092.11m 1MP P P =⨯=∆=∆ψ光管总阻力MPa P P 08045.051,1=∆=（八）、各机构的设计筒体蒸发压力p 0=0.58378MPa ，冷凝压力p k =1.5335MPa 考虑到节流阀失效的极端情况，为确保蒸发器运行的安全性，壳程采用计算压力 p c =1.54MPa根据国家标准钢制压力容器GB150-1998表4－3壳体采用10号钢的钢管， 查该标准表4.1，Q235-C 钢板允许压力[]t112MPa σ=。

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换热器的设计原则

换热器的设计原则

换热器是热力工程中广泛应用的设备，它通过热交换的方式，在流体之间传递热量。

换热器的设计原则如下：
1.效率和能耗：换热器应以提高热交换效率和降低能耗为设计目标。

可以通过优化导热表面积、改善热媒流动方式、减小传热阻力等手段提高热交换效率，从而达到节能的目的。

2.安全性：换热器设计必须考虑安全因素，确保设备在正常工作条件下运行稳定、可靠。

设计中需要充分考虑压力、温度、材料强度等因素，采取必要的措施确保设备运行安全。

3.经济性：换热器的设计应当在经济上合理，既要满足工艺要求，又要尽量降低成本。

可以通过优化设计和选用合适的材料、技术手段来实现经济性设计。

4.可持续性：换热器设计应考虑可持续发展的观念。

可以通过使用可再生能源、回收废热、减少排放等措施来降低对环境的影响，实现资源的有效利用和环境保护。

5.管理维护：换热器设计应考虑易于管理和维护的特点，包括易于清洁和防止腐蚀、结构设计合理、易于安装和拆卸等。

这些原则可以指导换热器设计，提高其效率、安全性、经济性和可持续性。

化工原理课程设计换热器

化工原理课程设计换热器

化工原理课程设计换热器
换热器设计是化工原理课程设计中一个重要的部分。

下面将为您介绍步骤和注意事项。

一、设计步骤：
1. 确定换热器类型：根据工艺要求及介质性质，选择适合的换热器类型，如管壳式、板式、螺旋板式等。

2. 估算传热系数：根据换热器类型、流体类型、流量、温度等因素，估算出传热系数。

3. 计算传热面积：根据所需传热量和传热系数，计算指定温度下需求的传热面积。

4. 选择换热器管径及壳体规格：根据所需传热面积和换热器类型，选择合适的换热器管径及壳体规格。

5. 设计热损失：根据换热器使用环境，计算换热器热损失量，以确保能量转化的高效。

6. 设计流路：结合工艺流程及介质性质，确定换热器内部介质的流路和流速，
以确保传热效率。

二、注意事项：
1. 选用合适的换热器类型，以确保传热效率和占用空间的合理性。

2. 估算传热系数要考虑介质性质、流量、温度等因素，更加科学地估算传热系数。

3. 所需传热面积要根据实际需要，同时结合换热器的大小、材质等因素做出合理的选择。

4. 选择换热器管径及壳体规格要遵循一定的社会标准及安全规范，以确保换热器使用的稳定性和安全性。

5. 设计热损失要考虑换热器使用环境，以确保能量转化的高效。

同时，必须符合国家有关规定。

换热器设计与性能评估

换热器设计与性能评估

换热器设计与性能评估换热器是热工设备中一种重要的设备，它能够实现热量的传递，在工业生产、能源利用以及环境保护等方面都发挥着重要作用。

本文旨在探讨换热器的设计原理以及性能评估方法，帮助读者更好地了解换热器并提升设计与评估能力。

一、换热器的设计原理换热器的设计原理是基于热传导的基本规律。

热传导是通过不同温度物体间的能量传递方式，换热器利用热传导将高温物体的热量传递给低温物体，实现热量的平衡。

换热器设计的关键是要确保热量能够有效传递，同时满足流体流动和布局的要求。

换热器设计的第一步是确定所需换热面积。

换热面积主要取决于传热系数、温差和传热需求。

传热系数是衡量传热效果的指标，它与流体的性质、流速以及管壁材料等因素有关。

温差是指两侧流体温度的差值，决定着换热过程中的热能转化效率。

传热需求是指设备需要传递的热量或吸收的热量，根据这个需求确定换热器所需的面积。

在确定换热面积后，接下来需要确定传热系数。

传热系数是换热器性能的关键参数，它决定了热量传递的效率。

传热系数的大小受到流体性质、流速、管子尺寸以及换热器的形式等多种因素的影响。

通过选择合适的材料和调整流体的流动状态，可以提高传热系数，优化换热效果。

换热器的最后一步是确定流体流动方式和布局。

流体流动方式有多种形式，包括直流、逆流和交叉流等。

不同的流动方式对换热效果有着不同的影响，需要根据具体情况选择合适的方式。

布局是指换热器内部各个组件的安排和排列方式。

合理的布局可以提高流体的流动性能，增强传热效果。

二、换热器的性能评估方法换热器的性能评估是为了检验其设计是否合理以及换热效果是否达到预期目标。

常用的性能评估方法主要包括实验法和计算方法两种。

实验法是通过搭建实验装置，测量和记录实际换热器的工作参数，来评估其性能。

实验法的优点是直观、准确，可以获取真实的换热器性能数据。

但是，实验过程复杂、费时费力，并且需要专业设备和技术支持。

计算方法是通过数学模型和计算软件对换热器进行模拟和计算，来评估其性能。

换热器的设计方案

换热器的设计方案

换热器的设计方案1. 简介换热器是工业生产过程中常用的设备之一，用于在不同介质之间进行热量的传递和交换。

本文将介绍换热器的设计方案，包括选择材料、确定换热面积和流体参数等关键步骤。

2. 材料选择在进行换热器设计时，材料的选择是非常重要的。

一般来说，常用的换热器材料包括不锈钢、碳钢、铜、铝等。

选择材料时需要考虑以下几个因素：•耐腐蚀性：根据介质的性质选择能够抵抗腐蚀的材料，以确保换热器的使用寿命。

•导热性：选择具有良好导热性的材料，以提高换热效率。

•强度和硬度：根据工作条件确定材料的强度和硬度，以保证换热器的安全和可靠性。

3. 换热面积的确定换热面积是设计换热器时的关键参数，它直接影响换热器的热效率。

换热面积的确定需要考虑以下因素：•热传导：根据介质的热传导性质和需要传热的热量确定换热面积的大小。

•流体速度：流体速度越大，传热效果越好，因此需要根据流体速度确定换热面积。

•温差：温差越大，换热器的传热效果越好，因此需要根据温差确定换热面积。

4. 流体参数的确定在设计换热器时，需要确定流体的参数，包括流体的流速、流量和温度等。

这些参数直接影响换热器的性能和效果。

•流速：流体的流速越大，传热效果越好，因此需要根据具体情况确定流速。

•流量：根据需要传热的热量和换热器的热传导能力，确定流体的流量。

•温度：根据介质的温度要求和换热器的传热效果，确定流体的进出口温度。

5. 换热器类型的选择根据不同的工艺要求和介质特性，可以选择不同类型的换热器。

常见的换热器类型包括壳管换热器、板式换热器、管束换热器等。

在选择换热器类型时，需要考虑以下几个因素：•空间限制：根据工作场所的空间限制选择合适的换热器类型。

•介质性质：根据介质的流动性质和热传导性质选择合适的换热器类型。

•温度和压力：根据工艺要求和介质的温度和压力选择适应的换热器类型。

6. 换热器的安装和维护在设计换热器方案时，还需要考虑换热器的安装和维护问题。

换热器的安装需要确保换热器与管道的连接紧密可靠，以免出现泄漏等问题。