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80 平方米 头式 换热器 设计 说明书 CAD

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长江大学毕业设计开题报告题 目 名 称 80平方米浮头式换热器设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装备10901 学 生 姓 名 闵鹏飞 指 导 教 师 眭满仓 辅 导 教 师 眭满仓 开题报告日期 2013年4月14日 80平方米浮头式换热器的设计 学 生：闵鹏飞 长江大学机械工程学院指导老师：眭满仓 长江大学机械工程学院1 题目来源生产实践。2 研究目的和意义换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备 ，随着现代新工艺、 新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重 ，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用 ，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达 96% 。换热设备在现代装置中约占设备总重的30% 左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70% 。其余30% 为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性 ，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向研究发展。浮头式换热器是属于管壳式换热器的范畴，管壳式换热器仍是当今使用最广泛的换热设备，其可靠性和可用性已被充分证明。特别是在较高参数的工况条件下，管壳式换热器更显示其独有的长处。3 阅读的主要参考文献及资料名称1 史美中，王中铮.热交换器原理与设计M.北京：东南大学出版社，19962 钱颂文.换热器设计手册M.北京：化学工业出版社，2003 3 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程装备设计M.北京：化学工业出版社，20054王志魁.化工原理M.北京：化学工业出版社，2000 5贺卫国.化工容器及设备简明设计手册M.北京：化学工业出版社，2003 6王志文.化工容器设计M.北京：化学工业出版社，19907贺匡国.压力容器分析设计基础M.北京：机械工业出版社，19958潘家祯.压力容器材料实用手册M.北京：化学工业出版社，20009卓震. 化工容器及设备M.北京：中国石化出版社，199810GB 150-1998钢制压力容器S.北京：中国标准出版社，200311GB 151-1999管壳式换热器S.北京：中国标准出版社，2004 12李景辰等. 压力容器基础知识。北京：劳动人事出版社，198613丁窘果主编.化工容器及设备设计. 杭州：浙江大学出版社 199614朱聘冠，换热器原理及计算. 北京：清华大学出版社 198715钱颂文等著，换热器管束流体力学与传热. 中国石化出版社，200216HG 20582-1998钢制化工容器强度计算规定S.化工部工程建设标准编辑中心出版，199817 JB 4732-1995钢制压力容器分析设计标准S.北京：新华出版社，1995 18 Beneath A. Saurian and Rosary S. Michalski， Applying Separable Evolution Model to Heat Exchange Design19 James R Burly. Dont overlook compact heat exchangers. Chemical Engineering.，1991， 98（8）:909620Heat transfer suppliers，focus on safety. Chemical Engineering，1993，100（4）:1471544 国内外现状和发展趋势1、我国换热器发展前景换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1） 合理地实现所规定的工艺条件；（2） 结构安全可靠；（3） 便于制造、安装、操作和维修；（4） 经济上合理。近年来，随着制造技术的进步，强化换热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，也取得了较大的经济效益。故我们在选择换热设备时一定要根据不同的工艺、工况要求选择。换热器的作用可以是以热量交换为目的。在即定的流体之间，在一定时间内交换一定数量的热量；也可以是以回收热量为目的，用于余热利用；也可以是以保证安全为目的，即防止温度升高而引起压力升高造成某些设备被破坏。换热器的作用不同，其设计、选型、运行工况也各不相同。对换热器的基本要求是换热器要满足换热要求，即达到需求的换热量和热媒温度;换热器的热损失要少，换热效率要高;流动阻力要小;要有足够的机械强度，抗腐蚀和抗损坏能力要强，维护工作量要少;结构要合理，工作要安全可靠，即零部件之间因为温升而产生的热应力不会导致换热器破裂;要便于制造、安装和检修;经济上要合理，设奋全寿命期的总投资要少（总投资包括设备及附属装置初投资费用和运行维护管理费用）;生活热水系统的换热器应易于清除水垢，以上要求常常相互制约，难于同时满定，因此应视具体情况，在换热器的选型和设计中有所侧重，满足工程对换热器的主要要求。因为换热器故障率较低，并且供暖为季节性负荷，有足够的检修时间，生活热水系统暂停供热也不会造成重大影响，所以可不设备用换热器。换热器台数的选择和单台能力的确定应适应热负荷的分期增长，并考虑供热的可靠性。国内经济发展带来的良好机遇，以及进口产品巨大的可转化性共同预示着我国换热器行业良好的发展前景。同时，行业发展必须要注重高端产品的研发。2、国外换热器发展前景对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。现就几种新型换热器和换热其技术的特点简介如下：一、气动喷涂翅片管换热器俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷（金属陶瓷混合物），从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac铝，并添加了 24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部（管子）与表面（翅片）的过渡区进行了金相结构分析。对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。二、螺旋折流板换热器在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统（z字形流道），这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代（如紧凑型板式换热器）。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计的主要缺点依然存在。为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统” 中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。三、新型麻花管换热器Alares公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照ASME标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。四、.用于整体装置设计的数据库技术传统的整体装置设计任务是由各个部门的工作小组分别其中的某一项进行设计, 并通过设计说明书相互联系来完成的, 而最近发展起来用于整体装置设计的数据库技术, 可以使这种繁重的任务变得简单起来。通过数据库系统, 不同类型的设计应用软件可以有机地形成一个整体, 设计者只需通过数据库操作系统向应用软件中输入关参数, 便可得到更多的关于设计任务的数据, 并且这些数据可以反馈到数据库中。随着CAD软件包和数据库技术的发展, 用于整体装置设计的数据库技术必定会代替手工计算设计方法。 五、计算流体力学(CFD) 和模型化设计的应用 在换热器的热流分析中, 引入计算机技术, 对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前, 基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真, 以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上, 在换热器的模型设计和设计开发中, 利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据, 使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。 3、研究的主攻方向未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。5 主要研究内容及研究思路1、毕业设计应完成的主要内容（1）换热器的发展概况（2）总体参数设计计算（3）传热学计算（4）有限元分析（5）结构的三维设计（6）换热器的工程图设计2、毕业设计的目标及具体要求 浮头式换热器的三维图 工程图：总装配图，部件装备图各一张；零件图3张3、需重点研究的关键问题及解决思路关键问题：换热器总体设计计算及工程图的设计绘制；解决思路：借助相关的换热器设计手册及计算机辅助设计软件进行设计计算及绘图6 完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决办法为完成本毕业设计，将运用在校学习的工程制图，力学，材料学，过程装备设计及计算机等相关知识，结合在生产实习等实践教学中，学习的换热器及零部件的加工制造和装配知识，以及学习的有关换热器的设计知识，通过对各种技术资料的收集调研，分析计算，设计绘图的实践，学习掌握由原理方案的设想，转化为结构的设计思路及设计方法。熟练掌握各方面的知识。计算机辅助设计软件： AutoCAD2008 、Solidworks 、ANSYS、等软件工具书：化工英汉词典、化工设计手册GB 150-1998钢制压力容器、GB 151-1999管壳式