机械设计课程设计--减速齿轮箱设计报告.doc

武汉理工大学传热学课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目:管壳式换热器设计 初始条件：(1) 换热器壳程进口水温为：90(2) 换热器壳程出口水温为：25(3) 换热器管程进口水温为：20(4) 换热器管程出口水温为：30(5) 待冷却水流量： 4500kg/s；要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）某生产过程中，需将4500kg/s的水从90冷却至25，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20，出口温度为30。管侧允许压力损失为49mpa，壳侧允许压力损失为9.8mpa，壳体内径为480mm，管长为52800mm（其他参数见附表），试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。1编制设计书1份，内容包括：(1) 确定换热器设计的指标（参数、设计条件）；(2) 初步确定换热器的类型、结构、材料及流动形式等参数；(3) 换热器的计算，流阻计算和优化分析（即热力和水力设计）；(4) 换热器的结构、强度以及工艺等方面的设计（即结构设计以及相关计算的相关协调）：(5) 根据其他具体评价条件，从你计算的几套方案中进行方案选择（即最佳设计）；(6) 计算机数值仿真（绘图、计算）； 2图纸（选做）：1)安装图或外形结构图（2号）；2)流体流程图（3号）； 3. 说明书撰写严格按照附件中的格式书写要求执行。时间安排：序号内 容所用时间1熟悉设计任务书、指导书、收集资料8学时2热力和阻力计算等16学时3换热面积计算等8 学时4计算说明书整理7学时5答辩1学时合 计40学时指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录一、设计意义-3 二、主要参数说明-3 三、设计计算-5 1、确定设计方案- -5 2、确定物性数据- -5 3、计算总传热系数-5 4、计算传热面积-6 5、工艺结构尺寸-6 6、换热器核算-8 1）热量核算-9 2）换热器内流体的流动阻力- 9 3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表-107、选用一台合适的离心泵- 11四、参考文献-13一设计意义 在食品工业中的加热、冷却、蒸发和干燥的单元操作中，经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换，而用于进行热交换的设备称为换热器。换热器还广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。在众多类型的换热器结构中，管壳式换热器应用最为广泛，因此要根据特定的工艺要求，设计合理的换热器，以满足不同场所的需求。二主要参数说明b折流板间距，m;c系数，无量纲；d管径，m；d换热器外壳内径，m；f摩擦系数；f系数；h圆缺高度，m;k总传热系数，；l管长，m；m程数；n指数；n管数；nb折流板数；nu怒赛尔特准数；p压力，pa;pr普兰特准数；q热通量，；q传热速率，w;r半径，m;r热阻，；re雷诺数；s传热面积，；t冷流体温度，；t热流体温度，；u流速，m/s;w质量流量，kg/s；a对流传热系数，；有限差值；导热系数，；粘度，pa.s;密度，；矫正系数；c冷流体；h热流体；i管内；m平均；o管外；s污垢；参数管程壳程进/出口温度/20/3590/25压力/mpa0.0490.0098物性定性温度/2557.5密度/（kg/m3）996.9984.4定压比热容/kj/（kgk）4.1794.178粘度/（pas）0.90310-30.4910-3热导率（w/mk）0.6090.656普朗特数6.223.13设备结构参数形式列管式壳程数1壳体内径/450台数1管径/252.5管心距/32管长/5800管子排列管数目/根126折流板数/个33传热面积/52折流板间距/150管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流量/（kg/h）29242.84500表面传热系数/w/（k）污垢热阻/（k/w）阻力/ mpa热流量/kw传热温差/k传热系数/w/（k）裕度/%1换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 de= (m) 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特准数 pr=3.12粘度校正 w/(m2) 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数pr=6.22w/(m2) 传热系数k=586.60w/(m)传热面积s该换热器的实际传热面积sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度过大，该换热器不能够完成生产任务，需重新设计。三设计计算某生产过程中，需将4500 kg/h的热水从90冷却至25，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20，出口温度为30。管侧允许压力损失为49mpa，壳侧允许压力损失为9.8mpa试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1确定设计方案 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度90，出口温度25。冷流体(循环水)进口温度20，出口温度30。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循用。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/。 2确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程热水的定性温度为t=57.5() 管程流体的定性温度为t=25()根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 水在57.5下的有关物性数据如下： 密度 o=984.35 kg/m3定压比热容 cpo=4.178kj/(kg)导热系数 o=0.656 w/(m)粘度 o=0.000490 pas循环冷却水在25下的物性数据： 密度 i=994 kg/m3定压比热容 cpi=4.179kj/(kg)导热系数 i=0.609w/(m)粘度 i=0.000903 pas3计算总传热系数 （1）热流量 qo=wocpoto=45004.178(90-25)=339.46(kw)（2）平均传热温差 t=22.13（3）冷却水用量 wi=29242.8(kg/h)（4）总传热系数k 管程传热系数 re= =2494.39w/(m)壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=1600w/(m2)； 污垢热阻rsi=0.000172 m2/w , rso=0.000172 m2/w管壁的导热系数=45 w/(m)k=634.87 w/(m)4计算传热面积 s=(m2)5工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速 选用252.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。 （2）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 n=52(根）按单程管计算，所需的传热管长度为l=m按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=6m，则该换热器管程数为n=(管程)传热管总根数 n=522=104(根)（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 p=r=按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但r=6.5的点在图上难以读出，因而相应以1/r代替r，pr代替p，查同一图线，可得=0.95平均传热温差t=t=0.9522.13=21.02()（4）传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 d，则 t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数n=1.19=14(根)（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 d=409.5 (mm)可按取d450mm n=126根（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25450112.5(mm)，故可取h115mm。 取折流板间距b0.25d，则b0.25450112.5(mm)，可取b为125。 折流板数 nb=传热管长/折流板间距-1=3000/125-1=23(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 d=m取标准管径为50 mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 =0.042md=取标准管径为 50mm6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 de= (m) 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普朗特准数 pr=3.12粘度校正 w/(m2) 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数pr=6.22w/(m2) 传热系数k=617.8w/(m)传热面积s该换热器的实际传热面积sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的流动阻力 管程流动阻力 由re9077.86，传热管相对粗糙度0.01/200.005，查莫狄图得i0.038 w/m， 流速ui0.411 m/s，996.95kg/m3，所以 管程流动阻力在允许范围之内。 壳程阻力 po=(p1+p2)ftnsnsl，ftl流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力po547.52292.11839.63(pa)9.8kpa壳程流动阻力也比较适宜。 换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表。 换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:26.14工艺参数名称管程壳程物料名称循环水待冷却水操作压力，mpa0.0490.0098操作温度，20/3090/25流量，kg/h29242.84500流体密度，kg/m3996.95984.35流速，m/s0.4110.103传热量，kw339.5总传热系数，w/m2k617.8传热系数，w/m2k2179.671677.4污垢系数，m2k/w0.0001720.000172阻力降，mpa0.0021250.000840程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数126管长mm:3000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm125切口高度25%壳体内径，mm450保温层厚度，mm8.课程设计的心得体会此次关于“管壳式换热器”的课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个很重要的过程。在设计的初始阶段，我们然感了到茫然，不知所措，但通过向老师和学长请教以及自己查资料，我们逐渐摸索出