課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書換熱器哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2023年1月目錄第1章緒論……………11.1課程設(shè)計(jì)目的……………………11.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………11.3課程設(shè)計(jì)題目……………………11.4課程設(shè)計(jì)要求……………………21.5課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排………………2第2章?lián)Q熱器設(shè)計(jì)步驟………………4第3章?lián)Q熱器熱力計(jì)算………………6第4章?lián)Q熱器水力計(jì)算………………11參考文獻(xiàn)………………13附錄1設(shè)計(jì)說明書封面模版…………14附錄2殼程摩擦系數(shù)…………………15附錄3溫差校正系數(shù)…………………16附錄4水的結(jié)垢熱阻…………………17附錄5液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)………………17附錄6殼程壓降結(jié)垢影響校正系數(shù)…………………18附錄7合理壓降的選取………………18附錄8參考圖…………19第1章緒論1.1課程設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)管殼式換熱器設(shè)計(jì)與計(jì)算，掌握弓形折流板管殼式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方法。2、將所學(xué)的工程流體力學(xué)、傳熱學(xué)知識，運(yùn)用到實(shí)際的換熱器設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過課程設(shè)計(jì)，穩(wěn)固專業(yè)根底課學(xué)習(xí)過的知識，加深認(rèn)識。3、掌握弓形折流板管殼式換熱器的方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。4、培養(yǎng)查閱文獻(xiàn)，利用資料的能力；培養(yǎng)選擇方案和分析數(shù)據(jù)的能力；提高繪圖根本技能。5、培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)素養(yǎng)，養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)態(tài)度。1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1、完成管殼式換熱器的熱力計(jì)算；2、完成所設(shè)計(jì)的換熱器管程、殼程的水力計(jì)算；3、繪制換熱器結(jié)構(gòu)總圖。1.3課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺管殼式換熱器，把18000kg/h的熱水由溫度t1’冷卻至t1〞，冷卻水入口溫度t2’，出口溫度t2〞，設(shè)熱水和冷卻水的運(yùn)行壓力均為常壓。題目中的4個(gè)溫度由同學(xué)從以下溫度范圍中自己任意設(shè)定1組，作為設(shè)計(jì)要求。熱水入口溫度t1’：75℃-85℃；熱水出口溫度t1〞：40℃-50℃；冷卻水入口溫度t2’：20℃-25℃；冷卻水出口溫度t2〞：40℃-45℃；說明：需要的公式和系數(shù)從有關(guān)書里查。1.4課程設(shè)計(jì)要求1、提交弓形折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)說明書1冊。2、提交弓形折流板管殼式換熱器的總圖1張。3、設(shè)計(jì)說明書要求使用A4紙，左側(cè)裝訂，主體局部使用雙面。設(shè)計(jì)說明書包括封面〔注：使用附錄中的統(tǒng)一封面格式。打印〕目錄〔注：標(biāo)明頁碼。手寫〕設(shè)計(jì)題目〔注：按個(gè)人所選定的設(shè)計(jì)參數(shù)寫設(shè)計(jì)題目。手寫〕設(shè)計(jì)過程〔注：簡要說明設(shè)計(jì)過程。手寫〕熱力計(jì)算〔注：可參考本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行調(diào)整排版后打?。淮鷶?shù)的過程及計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，手寫填表?！乘τ?jì)算〔注：可參考本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行調(diào)整排版后打??；計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，手寫填表?！撤治雠c總結(jié)〔注：偏重技術(shù)的分析與總結(jié)。1頁以內(nèi)，手寫〕4、換熱器總圖要求使用A2圖紙，手繪，按標(biāo)準(zhǔn)折疊〔疊成A4大小，露出標(biāo)題欄〕?？倛D上包括換熱器總圖〔注：確定了尺寸的局部按比例畫，標(biāo)注尺寸；未確定尺寸的局部不標(biāo)注尺寸?！硴Q熱管布置圖〔注：同上〕標(biāo)題欄技術(shù)要求〔注：查參考資料填寫?！?.5課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排2023級換熱器課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2023年1月14日-18日。2023年1月14日上午，指導(dǎo)老師講解課程設(shè)計(jì)及要求，布置本班答疑時(shí)間和地點(diǎn)。2023年1月14日下午-18日上午，學(xué)生按要求進(jìn)行課程設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。按指導(dǎo)教師布置的時(shí)間和地點(diǎn)去答疑，有特殊問題可隨時(shí)聯(lián)系指導(dǎo)老師。2023年1月18日14:00，各班將收齊的設(shè)計(jì)說明書和圖紙，交給指導(dǎo)教師。2023年1月19日8:00-12:00,14:00-18:00，課程設(shè)計(jì)辯論。以班級為單位，辯論老師為各班指導(dǎo)教師。未通過的同學(xué)按老師要求修改設(shè)計(jì)說明書和圖紙，準(zhǔn)備第二次辯論。2023年1月20日14:00-18:00，第一次辯論沒通過的同學(xué)，第二次辯論。辯論老師為指導(dǎo)教師組。第二次辯論未通過的同學(xué)，此門課程不及格，跟下一屆重修。班級指導(dǎo)教師講解答疑時(shí)間辯論二次辯論1月14日8:001月15日14:00-17:001月17日14:00-17:001月19日8:00-12:00,14:00-18:001月20日14:00-18:0020231511高璞珍11#0123中教室三甲20531#34820231512王賀11#0124中教室31#45631#45620231513曹夏昕11#0126中教室三甲206三甲21920231514丁銘11#0129中教室三甲206三甲22120231515李磊11#0131中教室31#46031#46020231516薛假設(shè)軍11#0132中教室31#45631#43920231517谷海峰11#0133中教室三甲20631#34320231518王建軍11#0134中教室31#37431#37420231519范廣銘11#0135中教室三甲20631#345第2章?lián)Q熱器設(shè)計(jì)步驟換熱器計(jì)算程序或步驟隨著設(shè)計(jì)任務(wù)和原始數(shù)據(jù)的不同而不同，應(yīng)根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)原理和方法靈活編排，要盡量使數(shù)據(jù)和要計(jì)算的工程順次編排，但由于許多工程之間互相關(guān)聯(lián)，無法排定次序，故往往先行根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定一個(gè)數(shù)據(jù)使計(jì)算得以進(jìn)行，等到該項(xiàng)數(shù)據(jù)通過計(jì)算得到后再與初選的數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬，直到到達(dá)規(guī)定的差額要求，試算才告結(jié)束。例如，傳熱計(jì)算和水力計(jì)算中，不可防止地要涉及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，為此，在換熱器設(shè)計(jì)中，常先要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料初選一個(gè)傳熱系數(shù)K0，以便初步計(jì)算得到傳熱面積和確定結(jié)構(gòu)，然后才能進(jìn)行熱力計(jì)算，并根據(jù)傳熱理論計(jì)算得到傳熱系數(shù)Kj。當(dāng)Kj=(1.1-1.2)K0時(shí)，試算方為成功。一般條件下，換熱器設(shè)計(jì)的步驟如下[1]：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)搜集盡量多的原始資料，包括給定的數(shù)據(jù)和查得的數(shù)據(jù)在內(nèi)，例如：管、殼程的流體名稱、溫度、壓力、允許壓降、流量或熱負(fù)荷等。確定定性溫度，并進(jìn)而查得兩側(cè)流體的密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等。計(jì)算換熱器的總平均溫差。為了決定平均溫差的校正系數(shù)，需初步?jīng)Q定換熱器流程型式。計(jì)算熱負(fù)荷，利用熱平衡方程式，并初步估計(jì)一個(gè)換熱器的熱效率η以估計(jì)熱量損失，即：熱平衡熱量：設(shè)計(jì)熱負(fù)荷：或式中：G1、G2為熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；為熱、冷流體的定壓比熱，kJ/(kg℃)；為熱、冷流體的進(jìn)出口溫度差，℃；初選傳熱系數(shù)K0，初算傳熱面積F0，進(jìn)而利用F0來選擇標(biāo)準(zhǔn)型號換熱器，或自行設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)〔包括管程和殼程的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〕。管程壓降及傳熱計(jì)算。選定允許壓降，假定壁面溫度，并根據(jù)初選結(jié)構(gòu)計(jì)算管程流通截面、流速、粘度校正系數(shù)、換熱系數(shù)和壓降，當(dāng)換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于傳熱系數(shù)值且壓降小于允許壓降時(shí)，方能進(jìn)行殼程傳熱計(jì)算，否那么要重選K0或進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。殼程壓降及傳熱計(jì)算。根據(jù)初選結(jié)構(gòu)和計(jì)算殼程流通截面、流速，壓降和換熱系數(shù)，并核定壓降及換熱系數(shù)的合理性，不符合要求那么改變殼程設(shè)計(jì)，調(diào)整折流板尺寸、間距或殼徑，直至滿意為止。核算傳熱系數(shù)。根據(jù)兩側(cè)流體流速和溫度決定污垢熱阻，進(jìn)而計(jì)得傳熱系數(shù)Kj，當(dāng)Kj=(1.1-1.2)K0即符合要求。也可以進(jìn)而計(jì)算出傳熱量Qj與傳熱面積Fj，并與Q0和F0相比擬，當(dāng)有10%~20%的過剩傳熱面或傳熱量即符合要求。核算壁面溫度。根據(jù)傳熱系數(shù)計(jì)得的管壁溫度與假定的根本相符即可。〔本課程設(shè)計(jì)略〕核算壓力降，當(dāng)6、7步未進(jìn)行壓降計(jì)算時(shí)，對管、殼程的沿程摩擦阻力和局部阻力進(jìn)行計(jì)算，總壓降小于允許壓降即為滿意?！脖菊n程設(shè)計(jì)略〕詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對管板、殼體進(jìn)行強(qiáng)度校核，有時(shí)尚需核算管、殼熱應(yīng)力和管子接口處的拉脫應(yīng)力?！脖菊n程設(shè)計(jì)略〕為計(jì)算簡明、檢查調(diào)整方便，常按上述程序列表計(jì)算。小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字第3章?lián)Q熱器熱力計(jì)算No計(jì)算工程符號單位計(jì)算公式或圖表數(shù)值備注原始數(shù)據(jù)1冷卻水進(jìn)口溫度給定絕對壓力絕對壓力2冷卻水出口溫度給定3冷卻水工作壓力KPa給定4熱水進(jìn)口溫度給定5熱水出口溫度給定6熱水流量kg/h給定7熱水工作壓力KPa給定定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算8冷卻水的定性溫度9冷卻水的密度kg/m3查物性表10冷卻水的比熱kJ/(kg·℃)查物性表4.1711冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·℃)查物性表12冷卻水的粘度kg/(m·s)查物性表13冷卻水的普朗特?cái)?shù)計(jì)算或直接查得14熱水的定性溫度15熱水密度kg/m3查物性表16熱水比熱kJ/(kg·℃)查物性表17熱水的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·℃)查物性表18熱水粘度kg/(m·s)查物性表19熱水的普朗特?cái)?shù)計(jì)算或直接查得傳熱量及水流量20換熱器效率取用21設(shè)計(jì)傳熱量W22冷卻水流量kg/h有效平均溫差23逆流平均溫差24參數(shù)0.36溫差校正系數(shù)附錄325有效平均溫差管程換熱系數(shù)26試選傳熱系數(shù)W/(m2·℃)參考值：500~1200實(shí)際取整按2管程計(jì)算27初選傳熱面積m228管子外徑m選換熱器管換熱器管參考規(guī)格：Φ25×2.5、Φ19×2、Φ16×1.5無縫鋼管管子內(nèi)徑md0-2×壁厚29管子長度m取換熱器管標(biāo)準(zhǔn)長度參考值：2、2.5、3、4.5、6m30總管子數(shù)31管程流通截面m232管程流速w2m/s33管程雷諾數(shù)34管程努賽爾數(shù)0.023Re20.8Pr20.4管程換熱系數(shù)W/(m2·℃)初選結(jié)構(gòu)35管子排列方式正三角形正方形正三角形邊長36管間距M≥1.25d0為宜。37一排管數(shù)38殼體間距M39殼體內(nèi)徑M40長徑比l/Ds41弓形折流板弓高M(jìn)42折流板間距MDs/343折流板數(shù)(l/B)-1殼程換熱系數(shù)44殼程流通截面m245殼程流速w1m/s46殼程質(zhì)量流速W1kg/(m2·s)47殼程當(dāng)量直徑M48殼程雷諾數(shù)Re149管間距比值50努塞爾數(shù)51管排修正系數(shù)參考《傳熱學(xué)》261頁52殼程換熱系數(shù)W/(m2·℃)傳熱系數(shù)53冷卻水側(cè)污垢熱阻m2·℃/W附錄4冷水取自來水熱水取蒸餾水54熱水側(cè)污垢熱阻m2·℃/W附錄455管壁熱阻m2·℃/W56m2·℃/W57傳熱系數(shù)W/(m2·℃)58傳熱系數(shù)比值大小參考值：1.1~1.2管壁溫度59管外壁熱流密度W/m260管外壁溫度61管外壁熱流密度W/m262管內(nèi)壁溫度tw2第4章?lián)Q熱器水力計(jì)算No計(jì)算工程符號單位計(jì)算公式或圖表數(shù)值備注管程壓降1壁溫下水的粘度Pa·s查物性表為管程數(shù)2管程粘度修正系數(shù)3管程摩系數(shù)附錄54管子沿程壓降Pa5回彎壓降Pa6進(jìn)、出口管處質(zhì)量流速kg/(m2·s)按<3300Pa取用，w為進(jìn)、出口管流體流速7進(jìn)、出口管處壓降Pa8管程結(jié)垢校正系數(shù)Φ25×2.5管子，=1.4；Φ19×2管子，=1.5；Φ16×1.5管子，=1.5；9管程壓降Pa殼程壓降10當(dāng)量直徑m11雷諾數(shù)12殼程摩擦系數(shù)附錄213殼程粘度修正系數(shù)14管束壓降15管嘴處質(zhì)量流速kg/(m2·s)按<2200取用16導(dǎo)流板阻力系數(shù)由實(shí)測決定，缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，取=5~10估算。17進(jìn)、出口管壓降Pa18導(dǎo)流板壓降Pa