板式换热器的设计论文

优秀本科毕业设计（论文）I 板式换热器设计与分析 摘 要 板式换热器的传热性能与版面的波纹形状、尺寸及版面组合方式都有密切关系。对于任何一种新型结构尺寸板片的传热及阻力特性，都只有通过实验计算测定。对于无相变传热，多数制造商都能提供关联式：对于相变传热，绝大多数的产品，尚不能提供相关的关联式。 板式换热器是一种高效紧凑的换热设备，它的应用几乎涉及到所有的工业领域，而且其类型、结构和使用范围还在不断发展近年来，焊接型板式换热器的紧凑性，重量轻、换热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识，因此人们纷纷对板式换热器内流动状态和换热机理展开研究。随着 CFD(Computational Fluid Dynamics)技术发展日趋成熟，使对流体内部温度场、压力场以及速度场的分布研究变得可行，鉴于此，本文应用 CFD 软件对人字形波纹板式换热器进行数值模拟，在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析。 基于简 化模型的 计算结 果难以准 确描述换 热器内完 整的流 体流动和 换热特性 。为此，本文建立与人字形波纹板片完全相同的，含分配区和传热区冷热双流道换热的计算模型，用计算流体力学软件 Fluent63，数值模拟 4 组不同名义波纹高度下流体的流动和换热情况。分析流道内速度场和温度场发现，进口分配区对流体流动分布和换热都有显著影响，还将流体在流道内的流动情况详细描述。两侧流体的压降和进出口温差的计算值与实验值的误差小于 6，较准确地反映了换热器内整体的流动和换热特性，可直接用于研究板式换热器的性能，具有一定的工程实际意义。 关键词：板式换热器；热力计算；分析；数值模拟；传热性能；流道状态 优秀本科毕业设计（论文）II Design and analysis of plate hea t exchanger ABSTRACT Plate heat exchanger heat transfer performance of corrugated board shape，size and board composition are closely related. A new structure for any size of plate heat transfer and pressure drop ch aracteristics are determined on ly b y experimental calculations. For the non-phase-change heat transfer ， most manufacturers can provide correlation ； for the phase-ch ange heat transfer ， the vast majority of products ， yet can not provide the correspondin g correlation. Plate heat exchanger is a kind of high efficient compact heat transfer equipment，which involves the application of almost all the industrial fields In recent years，copper brazin g plate heat ex changer with compact in size，light in weight， good heat transfer performance，and low operating cost advantages has increasingly been recognizedPeople also begin the research of fluid flow and heat transfer in plate heat exchangersWith the development of CFD(Computational Fluid Dynamics)technology, we Call obtain the temperature，pressure and velocity vectors distribution of internal fluid In this thesis，the author uses commercial CFD software to simulate chevron corrugated plate heat exchangers Simulation results based on the simplified model are difficult to predict hydrodynamics an d thermal characteristics of plate heat exchan ger accuratelyTherefore，a model of the accurate size of actual chevrontype plate heat ex changer geometry is built in this paperUsing CFD software FLUENT 63，the pressure drop and heat transfer coefficient for cross-corrugated plate heat exchangers at four different inlet v elocities were investigatedBy analyzing the simulation results of velocity and temperature fields，the structure of distribution area of inlet and outlet h as significant influence on overall hydrodynamics and heat transfer performance 0f PHEsThe flow patterns in two channels were described in detailThe simulation results of pressure drop and temperature dif ference between the inlet and outlet were compared with the exponential data， which shows a less than6 error From the simulation results， the hydrodynamics and thermal characteristics of chevron-type plate heat exchangers was properly reproduced and this method is feasible alternative of ph ysical performance test 优秀本科毕业设计（论文）o f PHEs，which is of some practical significance KEY WORDS: Plate heat exchangers；Heat calculate；Analysis；Numerical simulation ；Fluid flow；Heat transfer. 优秀本科毕业设计（论文）III 目 录 摘要 ABSTRA CT 1 绪论1 1.1 研究课题的学术背景及意义 1 1.2 板式换热器的基本结构 2 1.3 板式换热器国内外研究进展 3 1.3.1 板式换热器国外研究进展 3 1.3.2 板式换热器的国内研究进展 4 1.4 板式换热器的传热原理 6 1.5 板式换热器的特点 8 2 板式换热器的设计计算 10 2.1 设计工艺条件 10 2.2 热力计算 10 2.3 换热器的初选及其型号参数 12 2.4 换热系数的计算 13 2.5 实际换热面积计算 14 2.6 压降计算 15 3 其他部件的设计准则 16 3.1 符号 16 3.2 板片 18 3.3 压紧板 18 3.4 垫片 18 3.5 夹紧螺柱 19 3.6 板式换热器上宜设起吊机构 20 4 根据以上设计原则进行设计计算 21 5 基于 FLUENT 的板式换热器三维数值模拟 24 5.1 本课题的研究内容 24 5.2 FLUENT 简余 25 5.3 数值计算方法 26 5.3.1 研究对象 26 5.3.2 数学模型 26 5.3.3 几何模型和边界条件 28 优秀本科毕业设计（论文）IV 5.3.4 网格的划分 29 5.4 研究对象及网格划分 32 5.4.1 研究对象 32 5.4.2 波纹深度 h 对温度场、压力场以及速度场的影响32 6 总结 38 7 致谢 39 参考文献 40 附录 41 优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 1 1.1 研究课题的学术背景及意义1 绪论 1878 年德国人发明了板片式换热器，现都通常称之为板式换热器，它经过了 50 余年的发展，至 20 世纪 30 年代，由薄金属板片压制的板片组装而成的板式换热器问世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一，与螺旋板式和板翅式共称为紧凑式换热器（Compact Heat Exchanger） 。 板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。国外早在 20 世纪 20 年代就作为工艺设备引入食品工业，40-50 年代初开始用于化工领域。近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船舶、动力、供热等各行业。目前我国的板式换热器工厂，课制造单板传热面积从 0.04至 1.3，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直形波纹的板式换热器。 板式换热器用于处理从水到高粘度的液体，用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。它在食品工业中应用最广泛、最早，入牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油等的加热杀菌和冷却。在化学工业中用作冷却氨水。凝缩甲醇蒸汽。冷却合成树脂，且广泛用于制碱、制酸、燃料工业。在钢铁和机械制造工业中，用于冷却淬火油、水和润滑油。在电力工业中，用于冷却变压器油、冷却双水内冷发电机组的冷却水。其他如在造船、石油钻探、造纸、制药、纺织工业，大楼供热、采暖系统中也开始广泛地采用板式换热器。 板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。 虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但它们在结构与制造上尚存在问题。随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。 21 世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在 21 世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能源转移至二次能源、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我们将发现，换热技术是关键工艺之一。 优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2 1.2 板式换热器的基本结构 板式换热器的基本结构如图（1）所示 图 1 板式换热器的基本构造 1-1 图 板片是传热元件，一般由 0.60.8mm 的金属板压制成波纹状，波纹板片上贴有密封垫圈。板片按设计的数量和顺序安放在固定压紧板和活动压紧板之间，然后用压紧螺柱和螺母压紧，上、下导杆起着定位和导向作用。固定压紧板、活动压紧板、导杆、螺柱、螺母、前支杆可统称为板式换热器的框架；众多的板片、垫片可称为板束。 分析以上的结构和零部件的组成，可见其零部件品种少，且通用性极强，这十分有利于成批生产及使用维修。 优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 3 1.3 板式换热器国内外研究进展131 板式换热器国外研究进展 板式换热器的发展已经有 100 多年的历史早在 1878 年德国就发明了板式换热器并获得了专利至 1886 年法国 MMelanin 首次设计出沟道板板式换热器，并用于葡萄酒的灭菌。1923 年 APV 公司的 RSeligman，成功的设计了可以成批生产的板式换热器，开始时使用很多铸造的青铜版片组合在一起。1930 年以后才有用不锈钢或铜薄板压制的波纹板片板式换热器，板片的周围用垫圈密封，从此板式换热器的板片从沟道板的形式跨入了现代用薄板压制的波纹板式，为板式换热器的发展奠定了基础。早期的板式换热器大多应用在牛奶 灭菌或是啤酒的加工 中，APV 公司 1923 年就开 始生产用于牛奶的高温 短时灭菌器。英国、丹麦、瑞典等国家，在上世纪 30 年代后，对板式换热器的发展都起了重要的作用1928 年 Peach&Silkborg 公司制造了第 一台板式换热器， 1932 年 Delavan 公司 设在德国的子公司也制造了板式换热器。通过应用实践，人们加深了对板式换热器优越性的认识，随着应用领域的扩大和制造技术的进步，板式换热器的发展加快，目前已经成为重要的换热设备近几十年来，板式换热器多数用人字形板片，所以大多数研究也是针对人字形 波纹。wWFouke 对人 字形板式换热器所作的研 究最有说服力，也最具有权威性他采用有限扩散电流技术(DLCT)，并通过类比关系来估计传热速率，实验发现：(1)在波纹倾角达到 60以前，摩擦因数和传热的科尔本 j 因子均随倾角增大而迅速升高。当 =60 80时，f 与 J 仍 然呈上升趋势，但速度减 缓。倾角在 70一 80 时，摩擦因数和 传热同时具有极大值 (2)主要流动形式有两种，如 图 13 所示在倾斜 角未达到 60时流动状态为两组十字交叉流，即流体先在一侧板上沿沟槽流动，当达到板的边缘处时，像被反射似的折转到通道另一个板片的沟槽中流向另一边缘。于是，每股流体在沟槽 中流动时均受到相对板 片上流体作用的切向力 当 为 45 时，该切 向力与流动方向垂直正是这个力导致了流体沿沟槽的二次涡旋运动，这一运动形态是板式换热器强化传热的基本驱动因素。应注意到： 大于 45时，切向力的一 个分量与主流是反向的可以认为，这是传热和阻力均随倾角增长的内在原因之一当波纹倾斜角达到 80附近时，流体仍主要沿沟槽流动，但折返点不再出现于板片左右两侧，而是发生在波纹 的触点。 流动呈 连续的并 行小波纹 状，文献 中称这 种流动形 态为曲折 流(zip zap)一般认为两股交叉流动在相反方向上的互相拖曳作用最终导致了在倾角 80附近流动形态的根本改变。 阻力较大一 直是限制板式换热器 使用范围的一个主要因 素，因此对板式换热 器进行压力分布和阻力特性研究有着重要意义。Rein hard Werfel 和 NikolaiOstrowski 采用实验的方法对人字形板式换热器中的压降进行了研究，指出变负荷和波纹板的几何参数是影响板式换热器性能的基本原因，以及在狭窄波纹板间绝热两相系统中湍流环境下存在优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4 剪切控制流。Jorge AwGut 和 Jose MPinto 建立了基于通用结构的板式换热器的数学模型，通过提供流道数目，板两侧流动状态，流动区域和流动的类型等条件，可以计算得到在整个流道中的温度分布，换热系数和压力降。 在进行板式 换热器的设计时，通 常假设流体在板式换热 器中是均匀分布的。 但实际上，板式换热器中的流体并不是均匀分布的，流体的分布不均也是影响板式换热器的一个重要因素。BPrabhakaraRao，PKrishna Kumar 等人对板式换热器中流体的非均匀分布做了研究并指出，在板式换热器中假设各流道中流率相等和实际实验所得结果相比有很大的误差，并在此基础上考虑流体的非均匀分布提出新的计算模型，新模型的计算结果和实验 结果较吻合Anil Kumar Dived 和 Seri KumarDas 针对 板式换热器中流动 的变化也提出了新的理论模型，并从所得结论中揭示板式换热器中的非均匀流动对其换热性能有较大影响。 速度场可视化技术是观察复杂几何形状通道内流体流动的一种有效方法 20 世纪 80 年代初，EMSparrowf21 1 曾采用萘升华技术对波纹槽道的流动进行了二维速度场可视化，但由于萘升华技术中萘蒸气压对可视化及传热结果的影响难以修正，目前已经较少采用PVlasogiannist 用气水混合物做冷介质通过高速摄像机测得了流体的流动情况，发现不同速度下的气水混合物的传热系数比相同情况下液体流过时的传热系数高的多，特别当冷介质中的水流速低于 0025ms 时，气体流动覆盖了整个流道，而受气体剪切的液体水则在流道的低层做溪状流动，这时的换热效果最好。Yasar Islamoglu 对空气通过水平平直波纹板实验，测试不同流道高度对换热-9 流动阻力的影响，发现 Mussel 数随着流道高度的增加而增大，但同时压力梯度降低，摩擦系数增大，总体换热效果并不好，得出低流道高度换热效果更好。 1.3.2 板式换热器的国内研究进展 我国板式换热器的研究，设计，制造始于 20 世纪 60 年代。1965 年，兰州石油化工机械厂设计、制 造了单板换热面积为 052ITl2 的水平平直波纹 板片的板式换热器，这 也是我国生 产的第一 台板式换 热器，供 造纸厂、 维尼纶厂 使用。 80 年代 初期，该 厂又引进WSchmidt 公司的板式换热器制造技术，增加了产品的品种1967 年，兰州石油机械研究所不同波纹板片做了对比实验，肯定了人字形波纹的优点，并在 1971 年制造了我国第一台人字形 波纹板片的板式换热 器，单片换热面积为 0.3m2，这对我国板式换热 器采用波纹形式的决策起了重要作用。 国内许多学者对板式换热器也进行了一系列的研究如赵镇南对板式换热器速度场进行了研究，他发现了板式换热器速度场的流动情况与 wWFouke 所研究的相一致。在他的文献中，赵镇南还结合实验数据阐明了板式换热器人字形波纹板间的流动方式以及波纹倾角对换热器性能的重要影响，并得到以下结论： 优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 5 (1)人字波纹的倾斜角是影响板式换热器性能最重要的一个几何参数，它通过改变流动状态来影响板片通道的传热和阻力特性； (2)在相同雷诺数和波纹参数下，大倾角板片的传热和阻力降均高于小倾角板片，但在相同的通道阻力降下则无论大、小倾角，传热速率都基本相等； (3)对板式换热器的具体工程应用要力争达到换热、流量和阻力降三者之间的良好匹配。许淑惠、周明连等对板式换热器进行压力分布和阻力特性进行了研究，他们通过两种形式板片的实验给出不同雷诺数下两种板型的进 I：1 段流型分布；不同雷诺数下的压差分布及各种通道中的流阻与比数的关系式，同时运用流型显示的方法揭示影响板式换热器入口流体分布和压力损失的原因。此外，周明连通过比较两种板式换热器发现：具有相同波纹槽道的板式换热器在流阻和传热方面有较大差距，通过流型观测发现板式热交换器的流量分布不均，偏流的存在降低了板式热交换器的性能，增大了流阻；同时在测试压力降的基础上提出单元流路分析的原理和方法，该方法能定量计算板武热交挟器内的流量分布天津大学赵镇南1 根据联箱和分流联葙流量分布解，对流量非均匀分布导致板式换热器单相液一寝换热和冷凝换热时的传热性能变化作了模拟计算和深八分析，指出单相换热时，若冷、热流体进出口位于同一测，各分支通道的传热量搏严重不均匀，但整机总传热量变化不大；当进出口分别位于换热器两侧时，传热分布的非均匀性会明显改善，但总传热量会比流量均匀分布时明显降低；作为冷凝器使用时，流量的非均匀分布同样导致其传热性能的变化，这时热负荷的分布状况将王要受允许压降分配规律的制约 此外，国内一些学者采用染色示踪往对人字形波纹槽道和斜波纹槽道进行 7 流型观察，得到一些有益结论对传热单元的传热实验 E M Sparrow 采用的是恒壁温加热法，但国内的实验技术较难实现，一般呆用大电流恒热流法在湍流换热状态下，两者区别不大，后者更接近宴际。采用局部组合通道内的可视化及传热机理研究方法来推算整个板片的传热及流阻特性对开发板片有一定的指导意义 优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 6 1.4 板式换热器的传热原理 传热，即热量传递，是自然界中最普遍存在的物理现象，凡是有温度差存在的物系之间，会导致热量从高温处向低温处的传递的传热过程，解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即： Q KAt m式中：Q冷流体吸收或热流体放出的热流量，W： K传热系数，W/ m . CA传热面积， m ； t m -平均传热温差，。 传热基本方式 根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即传热导、对流和辐射。 （1）热传导： 传热导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个与它直接接触的低温物体传热的过程。 （2）对流传热： 对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由处带到别一处的传热现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触的热量传递。 （3）辐射传热： 又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分吸收而变成热能。作为换热设备，我们主要关系的热传导和对流传热。 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为 1的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律： 1A1 R2 02T - TwT - Tw T优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 7 对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即： Q AT 式中：Q-对流传热的热流量，W； A-对流传热面积，m2; T -壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K； -比例系数，称为表面传热系数，W/（m.K） 对流传热 过程的计算，归结为如何获取方法。 对流传热的分类：无相变化传热: 强制对流自然对流有相变传热: 蒸汽冷凝液体沸腾 无相变化时对流传热过程的因次分析。 一般 由实验 测定，采用科学 的试验利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要的特征数： (努塞尔数) (雷诺数) (普朗特数) (格拉晓夫数) 优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 1.5 板式换热器的特点 （1）.传热系数高 传热系数 K 值在 30008000 W/(m2K)范围，高于其它换热器型式，由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般 Re=50200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的 35 倍。（2）. 对数平均温差大， 末端温差小 在 管壳式换热器中， 两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在 0.95 左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于 1，而管壳式换热器一般为 5.（3）.占地面积小 板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的 25倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的 1/51/8。（4）.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。（5）.重量轻 板式换热器的板片厚度仅为 0.40.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为 2.02.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的 1/5 左右。（6）. 价格低 采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低 40%60%。（7）. 制作方便 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。（8）. 容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。（9）. 热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。（10）. 容量较小 是管壳式换热器的 10%20% 。（11）. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。（12）. 不易结垢 由于 内部充分湍动，所 以不易结垢，其结 垢系数仅为管壳 式换热器的 1/31/10.（13）. 工作压力不宜过大 ，介质温度不宜过 高，有可能泄露 板式换热器采 用密封垫密封，工作压力一般不宜超过 2.5MPa，介质温度应在低于 250以下，否则有优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 9 可能泄露。（14）. 易堵塞 由于板片间通道很窄，一般只有 25mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。 优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 10 2 板 式 换 热 器的 设 计 计 算 2.1 设计工艺条件热水锅炉的进出口温度为 95/70；生活热水配水温度为 50，若市政上的水温为 30，生活热水量为 5 吨/小时。要求高 温水和被加热水经过板式换热器的压降均不大于 0.05MPa，设计压力 1.0MPa，设计温度为 150。 2.2 热力计算（1）.已知工艺参数 热侧 t11 95 t111 70 冷侧1t0.05M Pa 2 30 t112 50 （2）.物理特性 热侧在平均温度 t1 95 70 P 0.05M Pa 流量 q m2 50000kg / h / 2 82.5 下取值3密度 1比热容 c p1970.17kg / m4.196kj/ kg k 热导率 1流体运动粘度110.67425w /m k0.355 10 m / s 0.345 10 Pa s 冷侧在平均温度 t 2 30 50/ 2 40 下取值 3c2 992.2kg / m4.175kj /kg k p2 2P16 23优秀本科毕业设计（论文）20.633w / m k0.658 10 m3/ s 2 0.6560 10 Pa s 6 2优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 11 （3）.计算传热量 Q 与加热水量 qQ qm1c t11 t 1 / 3600 m2 p2 2 2 qm1500004.1751159.72kw c p1t1 t1 50 30 / 3600 50000 4.175 204.1962539800kg / h （4）.初步选定 A 流程 B 流程 M 1 M 2 1. （5）.初步取定加热水流速 v1 0.5m / s .被加热水流速 vs13600 v1 1 M 13600 0.5 970.17 10.0227ms 23600v2 2 M 23600 0.3 992.2 10.0466 m12 0.3m / s 111 1q c t t 1 1111（6）.加热水的流通段面积 qm1A 3980021被加热水的流通段面积 qm2A 1500002优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 12 2.3 换热器的初选及其型号参数（1）如图 3-1 初选永大捷盟公司产品 BR0.1 型板式换热器 板片宽度 w 260mm 板片平均间隙 b 3.1mm板片当量直径 d e 2 b 6.2 mm 单片换热面积 A 0 0.1m单通道流道面积 AS 8.06 10 m（2）加热水流道数 n1A S 0.000806被加热水流道数 n 2A S 0.000806取 n1 n2 45 （3）加热水的实际流速 v1 v 1 28.16 57.89 3600 n 1 A S 1 M 1 39800360045 0.000806 970.17 10.33m / s 被加热水的实际流速 v224 21AS1n 1AS2n q优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 13 v2 qm23600 n 2 A S 2 M 2 50000360045 0.000806 992.2 1（4）换热面积 A1A10.40m / s 0 1 1 M 2 n 2 1 8.9m22.4、换热系数的计算 （1）加热侧 普朗特数 Pr 1 Cp1 1 4.196 10 0.345 1032.147 导热系数 运动粘度 110.67425w /m k0.355 10 m / s 0.674251雷诺数 Re 1 v1 d e 0.330.00626 5763 1 0.355100.641 0.33努西尔特数 Nu 1 0.35Re 1 Pr1 116 对流换热系数 1 Nu1d1e 116 0.674250.0062 12615w /m C（2）被加热侧 普朗特数 Pr2 Cp 22 4.1750.6560 4.327 2 0.633导热系数 运动粘度 2 0.633w /m k0.658 10 m / s 2雷诺数 Re 2 v2 d e 0.4 0.00626 3769 2 0.658 100.641 0.33努西尔特数 Nu 2 0.35Re 2 Pr 2112 36 22 06 2优秀本科毕业设计（论文）对流换热系数 2 Nu 2de2 112 0.6330.0062 11435w /m C（3）选取两侧污垢系数 加热侧 R1被加热侧 R2（4）板片导热热阻 0.000043 （城市硬水）0.000009 （蒸馏水） a、选用材料： 镍铬钢 （1Gr18Ni9） 2 0优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 14 b、板片厚度： 0.6mm 查表 c、板片导热系数： p查表 p 16.3w / m k d、板片导热热阻 / （5）总传热系数 K p 0.0000368 1K 1R 1 pR 2 2 1 1149310.000043 0.0000368 0.000009 21114353200.75w / m k 2.5、实际换热面积计算 （1） 、对数平均温差 tt1m ln1mtt maxtminmin 95 7070 304042.45 （2）转热温差 t m t1m图 2-4 串联时，板式换热器的温差修正系数 t45ln优秀本科毕业设计（论文）其中 查图 2-4 取 092 图 2-4 优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 15 t m 0.9242.45 39.95 （3）传热面积 A A （4）校核 QK t m 111597223200.75 39.95 9.07 m2A - AA 9.07 - 8.99.07 1.8 5.0 满足 2.6、压降计算 （1） 、加热侧欧拉数 Eu 1 -0.865Eu 1219451Re 10.865219451 5763122.57 加热侧压降 p1p1 Eu1 1v1122.57 970.17 0.3312950Pa （2） 、被加热侧欧拉数 Eu 2Eu 2 219451Re22194513769177 被加热侧压价 p 2 Eu 2 2 v 2177 992.2 0.428099Pa p1 、 p2 皆小于 0.05MPa 220.8650.86522优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 16 3 其他部件的设计准则 3.1 符号 A a 预紧状态下， 需要的最小夹紧螺柱总截面积，以螺纹小径计算或以无螺2纹部分的最小直径计算，取较小值，mm ； A b 实际使用 的夹紧螺柱总截面积 ，以螺纹小径计算 或以无螺纹部分的 最小2直径计算，取较小值，mmm； 2A 需要的夹紧螺柱总截面积，mm ； A p 工作状态下，需要的最小夹紧螺柱总截面积，以螺纹小径计算或以无螺2纹部分的最小直径计算，取较小值，mm2； 2a 被垫片槽中心线包容的板片投影面积，mm ； B垫片有效密封宽度，mm； b板间距，mm； b1固定压紧板内侧至中间隔板自重作用点的距离，mm； b 2 固定压紧板内侧之活动压紧板自重作用点的距离，mm； C1中间隔板自重作用点至支柱内侧间的距离，mm； C 2 活动压紧板自重作用点至支柱内侧间的距离，mm； d夹紧螺柱小径或无螺纹部分的最小直径，取较小值，mm； E设计温度下，上导杆材料的弹性模量，Mp； 优秀本科毕业设计（论文）在下列温度下的弹性模量，10 3材 料-20 20 100 150 200 250优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 17 F 0作用于 a 2 上的流体静压力，N; F p 工作状态下，需要的最小垫片压紧力，N； FF12中间隔板自重，N; 活动压紧板自重，N； f上导杆受载所引起跨度中点的挠度，mm； f 1 上导杆自重所引起跨度中点的挠度，mm； f 2 板片及所充介质（水或其它流体取密度大者）重力所引起的上导杆跨度中点的挠度，mm； f 3 中间隔板自重所引起的跨度中点的挠度，mm； f 4 活动压紧板自重所引起的上导杆跨度中点的挠度，mm； H上下导杆内侧间的距离，mm； J上导杆惯性矩，mm ； L夹紧尺寸，固定压紧板内侧至活动压紧板内侧间的距离，mm， L=（s 0 +b）N p +n 1 s 2L 1 导杆长度（固定压紧板内侧至支柱内侧间的距离） ，mm； L 2 夹紧螺柱长度，mm； l垫片中心线的展开长度，mm； l 1 板片长度，mm； m垫片系数，橡胶：m=1，石棉：m=2； N p 板片总数； n夹紧螺柱数量； n 1 中间隔板数量； p设计压力， M p a； q 1 上导杆自重均布载荷，Nmm； q 2 板片及所充介质（水或其它流体取密度大者）所引起的均布载荷，Nmm； s 0 板片厚度，mm； s 1 压紧板厚度，mm； s 2 中间隔板厚度，mm； s 3 垫片名义厚度，mm； W a 预 紧状态下，需 要的最小夹紧螺 柱载荷（即预 紧状态下，需 要的最小垫片压紧力） ，N； 碳素钢（c0.3%） 194 192 191 189 186 183碳素钢（c0.3%） 、碳锰钢 208 206 203 200 196 190高铬钢（Cr13-Cr17） 203 201 198 195 191 1874优秀本科毕业设计（论文）陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 18 W p 工作状态下，需要的最小夹紧螺柱载荷，N； y垫片比压力，橡胶：y=1.4 M p a，石棉：y=11 M p a； b 常温下夹紧螺柱材料的许用应力， M p a； b夹紧螺柱上的螺母与垫圈之和，mm。 3.2 板片3.2.1 板片厚度应不小于 0.5mm。 3.2.2 板片两端应有对称的悬挂定位结构。 3.3 压紧板3.3.1 压紧板要有足够的刚性，压紧板厚度的选取见表。 3.3.2 单板公称换热面积 0.1m 以上的板式换热器，在活动压紧板和中间隔板上宜设有滚动机构。 3.4 垫片3.4.1 在垫片角孔一道密封与二道密封之间应设有 10-20mm 长、深 s气的泄漏信号槽。 3.4.2 垫片应有保证密封的压缩量。 32 通向大3.5 导杆3.5.1 导杆长度 LL s +n s1按下式计算： +（s +s ）N + l 2 H 2 +0.5 N1 1 1 2 0 3 p 1 p3.5.2 上导杆挠度 工作状态下，上导杆跨度中点的挠度 f 不得超过导杆长度 L5mm。 f 由以下公式求得。 f= f 1 + f 2 + f 3 + f 4其中： 1的 21000，且不大于t 设计温度下夹紧螺柱材料的许用应力， ； 2优秀本科毕业设计（论文）板式换热器设计与分析 19 f1按下式计算： f 1= 5q1L14f 238 4EJ242 =q2 L48EJ (32 L12 L )3 4当