紧凑绕管式换热器的优化设计

学  号：2013444226,紧凑绕管式换热器的优化设计,答辩人：侯东萍,导    师：田野,目录,3、研究方法及过程,1、研究背景,2、研究目的及意义,4、研究结论与展望,1研究背景,绕管式换热器：    在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定的间距。,1研究背景,绕管式换热器,优点,缺点,结构紧凑，单位体积换热面积大。100-170 m2 / m3,同时处理多股流体换热,冷热端温差小，传热效率高,自行补偿热膨胀效应,传热计算复杂,流动阻力大,壳程流体分布均匀性差,对介质清洁度高,制造成本高，难度大,1研究背景,国内发展现状,贾金才用数值模拟方法研究了绕管式换热器壳程几何结构对换热的影响。李健伟等利用ANSYS对实际绕管式换热器建立了管板结构分析有限元模型。尹接喜等提出了并管传热模型,国外发展现状,在国外, 1898年德国林德公司首次开发了绕管式换热器。目前缠绕管式换热器广泛应用于大型空气分离装置的过冷器及液化器(液体氧、液体氨装置),林德公司在合成氨甲醇洗系统中推出了缠绕管换热器系列。,1研究背景,2研究目的及意义,学习前人对绕管式换热器的研究可以发现，前人的研究主要侧重于对换热器模型的构建、结构的研究以及对换热器的传热效率的提高。但是绕管式换热器的热力计算非常复杂，尤其是牵扯到两相流问题的设计。而我国对换热器热力计算优化计算的研究还很少，因此对热力计算进行优化对我国绕管式换热器的发展有着很大的促进作用，故本设计以优化热力计算为目标。,3研究方法及过程,热 力 计 算 模 型,集总参数模型：,分布参数模型：,流 的  演 化：,这类模型是最典型的热交换器的设计模型，它们是在两股单相流的热平衡的基础上建立起来的。,这类模型是将换热器分成不同规格单元，并将集合参数模型运用到它们中，和就是最常见的形式。,流的演化是对每股流在一维空间上存在着质量、动量、能量平衡的稳态模型，这类模型通常被植入到专用软件中,3研究方法及过程,集总参数模型,3研究方法及过程,由于任务书要求本设计管壳程介质均为天然气，且进出口温度始终高于天然气的沸点-162.49 ，则本设计介质为单相流传热问题，故本设计选用集总参数模型，运用平均温差法来进行热力计算。,3研究方法及过程,一般情况下，换热器的热力计算都比较复杂，公式繁多，需要处理大量的数据，结构设计也需要进行大量的计算，为优化设计，简化计算，本文采用了Excel表格来辅助计算，处理数据。Excel表格可建立函数关系式把各参数联系起来，从而达到优化计算的效果,3研究方法及过程,计算流程：,4研究结论与展望,总传热系数和压降是衡量换热器优劣的重要参数。本设计参考Linde 公司提供的绕管式换热器的工艺数据与本设计的关键参数进行对比分析,4研究结论与展望,管壳侧压降都与原设计值相比偏小，这可能是因为计算压降时, 仅计算管侧在管内的压降, 壳侧仅计算管束有效高度的压降, 未考虑封头管板等局部阻力, 因此造成压降计算偏小。通过以上对比得出，换热器的各设计参数都保持在比较理想的范围内，基本能符合生产需求。这表明本设计的设计方法符合设计要求，且能达到优化效果，为紧凑绕管式热交换器的的研究提供了一种参考。,4研究结论与展望,在设计过程中存在着不小的困难，参考资料的查找比较困难，尤其是介质物性参数的查找，这也说明本设计存在着很大的研究空间，比如可以把物性参数表融入到Excel表格中，使输入已知的介质参数便能利用表格计算出相关物性参数，这将大大有利于绕管式换热器的设计。,致谢,匆匆忙忙终于完成了毕业设计，在这里不得不感谢我的良师益友田野老师，对于没写过科技论文的我来说，写论文的第一感觉就是迷茫，是田老师给我指明了毕业设计的大方向，并在写作方法和写作技巧上给了我很多非常有用的建议，这对我毕业设计的完成起着至关重要的作用。从青涩到成熟，重庆科技学院承载了我的最后的青春，说这里是我第二家乡也毫不为过，由衷感谢重庆科技学院对我的培养，让农村来的我见识了丰富多彩的世界，让我的未来多了更多可能。这里的一切都是这么美好，特别是优秀的老师们，特