换热器设计计算步骤
1. 管外自然对流换热
2. 管外强制对流换热
3. 管外凝结换热
已知：管程油水混合物流量 G ( m3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)，
管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t1’, 油水混合物出口温度 t2” ℃。
1. 管外自然对流换热
1.1 壁面温度设定
首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，tw ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t℃，油水混合物出口温度为"1t℃。
"w11t()2tt
1.2 定性温度和物性参数计算
管程外为水，其定性温度为1()K℃
21()2wttt
管程外为油水混合物，定性温度为'2t℃
''"2111()2ttt
根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值
一般需要查出的为密度 (3/kgm),导热系数(/())WmK，运动粘度2(/)ms，体积膨胀系数a1()K，普朗特数Pr。
表1 油水物性参数表
水
t ρ λ v a Pr
10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52
20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02
30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42
40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31
50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54
60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99
70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21
90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95
换热器设计
物性参数
原料 进口的温度25℃，换热后的温度55℃，进口流量h
原料液的定性温度：T=（25+55）÷2=40℃
密度ρ1= 900 kg/m3 比热容CP1= KJ/(Kg·℃)
热导率λ1= W/(m·℃) 粘度µ1 = Pa·s
水 进入换热器的水温 90℃，换热后变为60℃
水的定性温度：T=（90+60）÷2=75℃
（75℃时）
密度ρ0= kg/m3 比热容CP2= (Kg·℃)
热导率λ0=（） 粘度µ0 =估算传热面积
所需热流量
KWhKJtCmQP81.2853.10369925-5509.29.16531111
加热水用量
M0=Q1/CP1Δt1=÷÷（90-60）=h=s
平均传热温差：Δtm1=｛（90-25）-（60-55）｝/ln（65/5）=℃
传热面积：m31.124.23100100081.282111tmKQA
考虑15%的面积裕度 A==
工艺结构尺寸设计
对于甘油三酯为易结垢和并不是很洁净的流体，管径应取得大些，初步选用φ25×传热管（碳素钢），取管内流速iu m/s。
管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数： 161.002.0785.0900433.0422dVn
按单管程设计，所需的传热管长度为：mndAL3.1116025.014.314.20
按单管程的设计，传热管过长，应采用多管程结构，采用标准设计，取管长l=6m，则该换热管的管程数为2611.3lLN
传热管总根数 n总=16×2=32
平均传热温差校正及壳程数
第２６卷第２期 ２０１２年６月 黑龙江工程学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊ ｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２６№．２ Ｊｕｎ，２０１２
螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟
王强 ，石玉环 ，石玉萍。
（１．黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，黑龙江哈尔滨１５００５０；２．黑龙江东方学院建筑工程学部，黑龙江哈尔滨 １５００８６；３．哈尔滨红光建筑安装工程公司，黑龙江哈尔滨１５００００）
摘要：对螺旋盘管相变蓄热换热器的结构和ＰＣＭ（相变材料）的传热理论进行介绍，并利用ＦＩ ＵＥＮＴ软件对在自 然对流条件下的ＰＣＭ熔化过程与凝固过程进行数值模拟，获得如下结论：蓄热体体积相同时，盘管匝数越多，蓄热 体熔化所需的时间越少；盘管匝数相同时，蓄热体体积越大，蓄热体熔化所需的时间越多；对于结构参数相同的螺旋 盘管相变蓄热换热器，盘管匝数越多的蓄热体，其熔化时的 傲越大；而对于结构参数不相同的螺旋盘管相变蓄热 换热器，盘管匝数相同的蓄热体，即使蓄热体体积不同，但其 却基本相同；自然对流换热对ＰＣＭ的熔化过程影响 很大，对ＰＣＭ的凝固过程影响很小。 关键词：ＰＣＭ；熔化；凝固；数值模拟 中图分类号：ＴＫ０２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—４６７９（２０１２）０２—００２７—０５
Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ
ｃｏｉｌ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
ＷＡＮＧ Ｑｉａｎｇ ，ＳＨＩ Ｙｕ—ｈｕａｎ。，ＳＨＩ Ｙｕ－ｐｉｎｇ。
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００５０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｎｓｔｒｕｃ—
换热器部分计算管程介质为热水进口温度 (℃) Tt1=110（给定）出口温度 (℃) Tt2=120（给定）工作压力（MPa) Pt=1.0（给定）平均温度 (℃) Tt=115(计算）流体的比定压热容Cp(KJ/(kg.℃))=4.2358(查表）流量(t/h) Q=50（给定）流体密度（kg/m3)ρ=1000(查表）所需热量(KJ/h)=2117900(计算）壳程进口温度 (℃) Ts1=158.5（给定）蒸发潜热(KJ/kg)Rs1=2087.43出口温度 (℃) Ts2=115（给定）蒸发潜热(KJ/kg)Rs2=2216.6工作压力（MPa) Pt=0.5（给定）平均温度 (℃) Ts=136.75(计算）流体的比定压热容Cp1(KJ/(kg.℃)=4.2781(查表）158.5℃降为115℃1.温差放出热量(KJ/(kg)）为186.10115℃129.17158.5(℃) 饱和蒸汽密度（kg/m3)ρ13.144(查表）115.0(℃) 饱和蒸汽密度（kg/m3)ρ20.9647(查表）1立方饱和蒸汽从158.5℃降为115.0放出潜热(KJ/(m3)）所需要水蒸汽量为(m3/h)435.845088(计算）饱和蒸汽流速(m/s)15(查表）壳程进出口管径(mm)101.373458(计算）取壳程进出口管径DN100 2.密度变化放出热量(KJ/(kg)）4673.20设计计算介质为饱和蒸汽每1千克饱和水蒸汽从每1千克饱和水蒸汽 吸收热量(KJ/(kg)换热管外径（mm）25（给定）换热管内径（mm）20（给定）换热管长度（mm）6000（给定）换热管数量180（给定）换热器管程程数2（给定）换热管换热面积（m2）84.8230002换热管内介质流速(m/s)0.49146811总传热系数K计算流体的导热系数 λ(W/(m.℃))0.683流体主体粘度（Pa.s)μ0.00024313管内强制湍流传热ai283.014896流体的导热系数 λ(W/(m.℃))0.684壳程流体介质平均温度下密度（kg/m3)ρ1.7895壳程流体介质平均温度下流体主体粘度（Pa.s)μ2.02E-04壳程流体介质在管壁温度下流体粘度（Pa.s)μw2.21E-04管外强制湍流传热ao71.2633298换热管选用材料20管换热管传热系数51.8(查表）总传热系数 K=15.1910132低粘度流体在管内强制湍流传热低粘度流体在管外强制湍流传热流体的有效平均温差(℃)16.4117511换热面积（m2） F=8495.00787(查表）(查表）
