1、专业课程设计 换热器,核科学与技术学院 （V2014）,2014-HT,2020年4月3日星期五,2, 教师信息 ,主讲教师：王贺 工作单位：核科学与技术学院核动力仿真研究中心 办公室地址：31#楼4层456室 Tel：82569302-0，13614510421 Email ：wanghe,2020年4月3日星期五,3, 课程设计目的 ,学习管壳式换热器设计与计算，掌握弓形折流板管壳式换热器设计计算的基本方法 理论联系实际工程热力学、传热学 培养查阅文献，利用资料能力；提高绘图基本技能 培养工程设计素养，养成认真负责的态度,2020年4月3日星期五,4, 课程设计内容及要求 ,完成管壳式换热
2、器的热力计算 完成所设计的换热器管程、壳程的水力计算 上述两项形成设计说明书 具体要求见说明书 表格要有计算过程（手写） 绘制换热器结构总图（图纸1张） A2，手绘,2020年4月3日星期五,5, 课程设计内容及要求 ,使用A4纸，左侧装订，主体部分使用双面。 设计说明书包括： 封面（注：使用附录中的统一封面格式。打印） 目录（注：标明页码。手写） 设计题目（按个人所选定的设计参数写设计题目。手写） 设计过程（简要说明设计过程。手写） 热力计算（可参考本课程设计指导书，使用提供的表格。表格及其中的项目和公式可以自行调整排版后打印；代数的过程及计算得到的数据，手写填表。） 水力计算（可参考本课程
3、设计指导书，使用提供的表格。表格及其中的项目和公式可以自行调整排版后打印；计算得到的数据，手写填表。） 分析与总结（注：偏重技术的分析与总结。1页以内，手写）,2020年4月3日星期五,6, 考核方法 ,时间：15日14:00之前交，16日一辩，17日二辩 独立答辩，15分钟，5分钟PPT（图纸），10分钟提问 考核标准 成绩组成（手册30%+图纸30%+答辩40%） 答疑时间（10、13、14日，下午）,2020年4月3日星期五,7, 考核方法 ,手册 格式规范、计算过程清晰、分析与总结综合深入 图纸 规范、整洁、标注清楚（冷热流体进出口） 答辩 证明独立完成、汇报简洁、思路清晰、理解过程、
4、分析充分,2020年4月3日星期五,8, 课程设计题目 ,设计一台管壳式换热器，把18000 kg/h的热水由温度t1冷却至t1”，冷却水入口温度t2，出口温度t2” 。 运行压力：0.1-0.3MPa（热）、 0.1-0.2MPa（冷） 热水入口温度t1： 75-85； 热水出口温度t1”： 40-50； 冷却水入口温度t2： 20-25； 冷却水出口温度t2”： 40-45；,2020年4月3日星期五,9,一、概述,0、换热器：在不同温度的流体间传递热能的装置 1、换热器设计依据不同的任务可以分为两种计算 热力设计、流动设计、结构设计、强度设计 （1）设计计算 传热量、流量和两种换热介质已
5、知，求换热器结构 （2）校核计算 换热器结构已知，流量和某些参数已知，校核另一些参数,2020年4月3日星期五,10,2. 换热器结构,2020年4月3日星期五,11,2. 换热器结构,2020年4月3日星期五,12,一、概述,2、设计的条件和原始数据 （1）工作温度、允许温度、压力、允许压降、介质的物理和化学形式 （2）热负荷、介质流量、介质物性和污垢等,2020年4月3日星期五,13,一、概述,3、设计一般原则 适用、经济、安全、运行灵活、可靠、检修方便 4、设计的内容和一般步骤 （1）换热器选型 （2）换热器热力计算 （3）精心的机械设计,2020年4月3日星期五,14,一、概述,4、设
6、计的内容和一般步骤 根据设计任务搜集尽量多的原始资料，包括给定的数据和查得的数据在内，例如：管、壳程的流体名称、温度、压力、允许压降、流量或热负荷等。 确定物性参数，根据定性温度，并进而查得两侧流体的密度、粘度、导热系数、比热 计算换热器的总平均温差。为了决定平均温差的校正系数，需初步决定换热器流程型式。,2020年4月3日星期五,15,一、概述,4、设计的内容和一般步骤 计算热负荷，利用热平衡方程式，并初步估计一个换热器的热效率以估计热量损失Qs，即： 热平衡热量： 设计热负荷： 式中：G1、G2为热、冷流体的质量流量，kg/s； 为热、冷流体的定压比热，kJ/(kg)； 为热、冷流体的进出
7、口温度差，；,2020年4月3日星期五,16,一、概述,4、设计的内容和一般步骤 初选传热系数K0，初算传热面积F0，进而利用F0来选择标准型号换热器，或自行设计换热器的结构（包括管程和壳程的初步结构设计）。 管程压降及传热计算。选定允许压降 ，假定壁面温度 ，并根据初选结构计算管程流通截面、流速、粘度校正系数、换热系数和压降，当换热系数远大于传热系数值且压降小于允许压降时，方能进行壳程传热计算，否则要重选K0或进行结构调整。,2020年4月3日星期五,17,一、概述,4、设计的内容和一般步骤 壳程压降及传热计算。根据初选结构和计算壳程流通截面、流速，压降和换热系数，并核定压降及换热系数的合理
8、性，不符合要求则改变壳程设计，调整折流板尺寸、间距或壳径，直至满意为止。 核算传热系数。根据两侧流体流速和温度决定污垢热阻，进而计得传热系数Kj，当Kj = (1.1-1.2) K0即符合要求。也可以进而计算出传热量Qj与传热面积Fj，并与Q0和F0相比较，当有10% 20%的过剩传热面或传热量即符合要求。,2020年4月3日星期五,18,一、概述,4、设计的内容和一般步骤 核算壁面温度。根据传热系数计得的管壁温度 与假定的基本相符即可。（本课程设计略） 核算压力降，当6、7步未进行压降计算时，对管、壳程的沿程摩擦阻力和局部阻力进行计算，总压降小于允许压降即为满意。（本课程设计略） 详细结构设
9、计，并对管板、壳体进行强度校核，有时尚需核算管、壳热应力和管子接口处的拉脱应力。（本课程设计略）,2020年4月3日星期五,19,固定管板式换热器,优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。,缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。,20,（外径壁厚），长度按规定决定,换热管尺寸,192、252.5和382.5mm无缝钢管252和382.5mm不锈钢管,标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等,换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在425之间，常用的为610。立式换热器，其比值多为46。,换热管规格,21,换热管排
10、列方式,三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。,（一）正三角形和转角正三角形排列,正三角形排列的管子,流体流动方向,流体流动方向,正三角形排列,转角正三角形排列,22,（三）组合排列法,在多程换热器中多采用组合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之间，为了便于安装隔板，则采用正方形排列法，如图720。,组合排列法,23,弓形、圆盘圆环形和带扇形切口。,弓形折流板,2020年4月3日星期五,24,思考题,1. 可调参数的影响曲线？ 2. 分析所得结果,2020年4月3日星期五,25,换热器常用流速的范围,
