1、管殼式換熱器熱力計(jì)算 技術(shù)部：李志昌管殼式換熱器的基本步驟：1.初選換熱器的尺寸規(guī)格 1.1初選流動(dòng)方式，計(jì)算溫差修正系數(shù)FT，如果FT0.8，采用多管程或多個(gè)換熱器串聯(lián)。 1.2初估總傳熱系數(shù)K估，在估算換熱面積A估=Q/(K估FTtm)。 1.3初定換熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。 1.4計(jì)算所選用的換熱器的實(shí)際換熱面積及實(shí)際所需的總傳熱系數(shù)。2.計(jì)算管程壓力降和傳熱膜系數(shù) 2.1如果管程壓降pt大于允許壓力降，則調(diào)整管程數(shù)重新計(jì)算。 2.2如果管內(nèi)傳熱膜系數(shù)iK估，則改變管程數(shù)重新計(jì)算。若改變管程數(shù)不能同時(shí)滿足ptp允，iK估的要求，則重新估計(jì)K估值，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。3.計(jì)算殼程壓降和傳熱膜

2、系數(shù) 3.1如果殼程壓降ps大于允許壓力降，可增大折流板間距。 3.2如果殼程傳熱膜系數(shù)o太小，減小折流板間距。如不能同時(shí)滿足殼程壓力降和傳熱膜系數(shù)的要求，則重新估計(jì)K估值，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。4.計(jì)算總傳熱系數(shù)，校核傳熱面積 所選用的換熱器的換熱面積應(yīng)留有1525%的裕度。 傳熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的區(qū)別 1.傳熱系數(shù)以往稱總傳熱系數(shù)。國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一定名為傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)K值，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度（K，），1小時(shí)內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，單位是瓦/平方米度（W/K，此處K可用代替）。 2.導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K

3、,），在1小時(shí)內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米度（W/mK，此處為K可用代替）。導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu)、密度較低的材料，導(dǎo)熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料，而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05瓦/米度以下的材料稱為高效保溫材料。 雷諾數(shù)Re Re=vd/ ，其中v、分別為流體的流速、密度與黏度，d為一特征長度。例如流體流過圓形管道，則d為管道直徑。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動(dòng)是層流或湍流，也可用來確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力。 普朗特?cái)?shù) Pr=cp/，其中、cp、分別為流體的粘度、定壓比熱容與導(dǎo)

4、熱系數(shù)。代表了熱邊界層與流動(dòng)邊界層的相對(duì)厚度，也就是流體中動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散能力的對(duì)比。 奴塞爾特?cái)?shù) Nu=hL/ ，其中h、L、分別為流體的傳熱系數(shù)、特征長度與導(dǎo)熱系數(shù)。代表了長度與熱邊界岑厚度之比，表征了流體對(duì)流換熱能力的大小。1.穩(wěn)態(tài)傳熱方程熱流體將熱量通過某固定面?zhèn)鹘o冷流體成為傳熱，穩(wěn)態(tài)傳熱的基本方程為：Q=KAtm 式中 Q熱負(fù)荷，W； K總傳熱系數(shù)，W/(m2)； A 換熱器總傳熱面積，m2； tm進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫差， 1.1熱負(fù)荷 當(dāng)忽略換熱器對(duì)周圍環(huán)境的散熱損失時(shí)，根據(jù)能量平衡，熱流體所放出的熱量應(yīng)等于冷流體所吸收的熱量。即： Q=mccp,c(Tc,o-Tc,i)

5、=mhcp,h(Th,i-Th,o)式中 mc，mh分別為冷流體、熱流體的質(zhì)量流速，kg/s； cp,c，cp,h分別為冷流體、熱流體的定壓比熱容，J/(kg）； Tc,i，Tc,o冷流體的進(jìn)、出口溫度，； Th,i，Th,o熱流體的進(jìn)、出口溫度， ； 若考慮換熱器對(duì)外界環(huán)境的散熱損失Qc，則熱流體放出的熱量Q1將大于冷流體所吸收的熱量Q2 ： Q1=Q2+Qc Q2=cQ1 熱損失系數(shù)c通常取0.970.98； 不管師傅考慮熱損失，在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算中，熱負(fù)荷Q一般取管內(nèi)流體放出或吸收的熱量。1.2總傳熱系數(shù)K 1/K=1/o+1/i(Ao/ Ai)+ro+ ri( Ao/ Ai)+

6、Ao/ w Am 式中 o管外流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2 )； i管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2 )； ro，ri分別為管外、管內(nèi)流體污垢熱阻， (m2 )/W； Ao，Ai 換熱管的外表、內(nèi)表傳熱面積， m2； Am換熱器管內(nèi)和管外的平均傳熱面積， m2； 管壁厚度，m； w管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m )。1.3平均溫度差和溫差修正系數(shù)(1)算術(shù)平均溫度差 tm1= (t1+ t2)/2(2)對(duì)數(shù)平均溫度差 tm2= (t2- t1)/ln (t2 / t1)式中 tm2較大的溫度差； tm1較小的溫度差。 當(dāng)tm1/ tm210000對(duì)于低粘度流體(i10000，0.7Pr60。當(dāng)L/

7、di60時(shí)，應(yīng)將上式乘以1+(di/L)0.7進(jìn)行修正。定性溫度：流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；特征尺寸：管內(nèi)徑。對(duì)高粘度流體，應(yīng)用： i=0.027i/ diRei0.8Pri1/3(i/ w)0.14定性溫度：除w壁溫下的值外，其余為流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；特征尺寸：管內(nèi)徑。(1.2)過渡流 Re=230010000當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)為過渡流時(shí)，對(duì)流傳熱膜系數(shù)可先按湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù)，即可得到過渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 =1-6105/Re1.8 過渡流= 湍流(1.3)層流 Re2300，可用： Nu=1.86Re1/3Pr1/3(di/L)1/3(i/w)0.1

8、4應(yīng)用范圍：Re2300，0.6Pr100。定性溫度：除w為壁溫下的值外，其余為流體進(jìn)出口溫度 的算術(shù)平均值。特征尺寸：圓形管為管內(nèi)徑di； 非圓形管為de=4A/ 式中 A流體流通截面積，m2； 流體浸潤周邊，m。 JH=(i/cpiGi)(cpii/i)2/3(i/ w)0.14式中 i管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2 )； cpi流體比熱容，J/(kg ); Gi管內(nèi)流體質(zhì)量流速，kg/(m2 s)； i流體平均溫度下的粘度，Pa s； w管壁溫度下流體的粘度， Pa s； i流體導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m )； L管長，m； di管內(nèi)徑，m。JH由下圖選取14(2)管外傳熱膜系數(shù)(2.1 )換

9、熱器殼程無折流板時(shí)管外傳熱膜系數(shù)的計(jì)算可管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的計(jì)算式計(jì)算，此時(shí)以當(dāng)量直徑des作為定性尺寸代替管子內(nèi)徑。對(duì)管殼式換熱器，當(dāng)管子成正三角形排列時(shí)： des=1.1Pt2/do-do 當(dāng)管子呈正方形排列時(shí)： des=1.27Pt2/do-do式中 Pt換熱管中心距，m。(2.2)換熱器殼程有折流板時(shí)通常缺口面積取25%的殼體內(nèi)截面積，殼程的對(duì)流傳熱膜系數(shù)可采用： (a) Nu=0.23Re0.6Pr1/3( / w)0.14 o=0.23 /do(dou/)0.6(cp/)1/3(/w)0.14應(yīng)用范圍：Re=(32) 10000；特征尺寸：管外徑do；定性溫度：取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)

10、平均值。u取流體通過每排管子中最狹窄通道處的速度。 (b) o=0.36 /de(deuo/)0.55Pr1/3(/w)0.14應(yīng)用范圍：2 1031 106；特征尺寸：de按(2.1)中des計(jì)算；定性溫度：除w取壁溫外其余均取流體進(jìn)、出口溫度的算 術(shù)平均值。uo根據(jù)流體流過管間最大截面積As計(jì)算 As=lbDi(1-do/Pt)式中 lb折流板間距，m； Di換熱器的殼體內(nèi)徑，m。 (c) Js=(odes/ o) (cpoo/o)1/3(o/w)-0.14Js由Rees查下圖求?。籖ees=desGs/ 16式中 o管外傳熱膜系數(shù)， W/(m2 )； Gs質(zhì)量流速， kg/(m2 s)； des當(dāng)量直徑，m； Di殼體內(nèi)徑，m； cpo殼程流體比熱容，kJ/(kg )； C相鄰管間隙，m； o殼程流體導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m )