PPT管壳式换热器设计计算实例

1、1管壳式换热器的设计计算管壳式换热器的设计计算管壳式换热器的设计计算过程可视具体情况作适当调整，对设管壳式换热器的设计计算过程可视具体情况作适当调整，对设计结果应进行分析，发现不合理处要有一定的反复。计结果应进行分析，发现不合理处要有一定的反复。2设计计算：首先输入设计参数，计设计计算：首先输入设计参数，计算有效传热温差、热负荷并初选总算有效传热温差、热负荷并初选总传热系数，计算换热器结构参数，传热系数，计算换热器结构参数，然后分别对传热系数、管程阻力损然后分别对传热系数、管程阻力损失及壳程阻力损失进行校核，最后失及壳程阻力损失进行校核，最后输出合理的换热器结构及相关参数。输出合理的换热器结构

2、及相关参数。具体步骤如右图：具体步骤如右图：3校核计算：首先输入运行条件及已校核计算：首先输入运行条件及已知参数，通过假定一侧出口温度，知参数，通过假定一侧出口温度，计算另一出口温度，由计算另一出口温度，由4个进出口个进出口温度的热平衡式和传热方程式分别温度的热平衡式和传热方程式分别计算传热量，并进行对比直到满足计算传热量，并进行对比直到满足精度要求，最后输出换热器的运行精度要求，最后输出换热器的运行参数。具体步骤如右图：参数。具体步骤如右图：4实例实例1：水与湿空气热交换：水与湿空气热交换管壳式换热器优化设计管壳式换热器优化设计由于对管程出口湿空气的特殊由于对管程出口湿空气的特殊要求，要求在

3、达到换热温度的要求，要求在达到换热温度的同时将压降控制在允许范围。同时将压降控制在允许范围。在满足换热条件的情况下，要在满足换热条件的情况下，要求提高换热效率，缩小换热体求提高换热效率，缩小换热体积。积。 所以设计时，需统筹换热效率所以设计时，需统筹换热效率与压降损失两方面因素，实现与压降损失两方面因素，实现对换热器的优化。对换热器的优化。设计流程中可以忽略壳程流体设计流程中可以忽略壳程流体传热膜系数以及壳程压降对换传热膜系数以及壳程压降对换热器的影响。热器的影响。5一、传热模型分析一、传热模型分析1）总传热系数：以内表面为准）总传热系数：以内表面为准62）管程传热系数：湿空气等低粘度流体在湍

4、）管程传热系数：湿空气等低粘度流体在湍流情况下的管程传热系数流情况下的管程传热系数7二、压力降分析二、压力降分析仅考虑管程流体的压力损失，由仅考虑管程流体的压力损失，由3部分组成：部分组成：8三、结构分析及参数优化三、结构分析及参数优化1）结构分析）结构分析由管壳式换热器结构确定传热面积：由管壳式换热器结构确定传热面积：换热器壳体直径有关系式：换热器壳体直径有关系式：2）参数优化）参数优化 在固定壳程数后，余下的结构自有参数为管长在固定壳程数后，余下的结构自有参数为管长L，管程数，管程数Np，每程管数，每程管数N以以及管内径及管内径di。9大作业一大作业一四、实际算例四、实际算例10第四节第四

5、节 翅片管热交换器翅片管热交换器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造。械加工等方法制造。 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。热系数较小的

6、一侧加翅片可以强化传热。111 构造和工作原理构造和工作原理翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式的热交换器。的热交换器。主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。12翅片管的类型和选择翅片管的类型和选择对翅片管的要求：良好的传对翅片管的要求：良好的传热性能、耐温性能、耐热冲热性能、耐温性能、耐热冲击能力（如介质热负荷不稳击能力（如介质热负荷不稳定）及耐腐蚀能力，易于清定）及耐腐蚀

7、能力，易于清除尘垢，压降较低。除尘垢，压降较低。翅片按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两翅片按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两大类，其他类型都是这两大类的变形，例如大螺旋角翅片管接近大类，其他类型都是这两大类的变形，例如大螺旋角翅片管接近纵向，而螺纹管则接近横向。纵向，而螺纹管则接近横向。13是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺寸应根据管内、外两侧流体的传热性能选择。通常宜将翅片寸应根据管内、外两侧流体的传热性能选择。通常宜将翅片装在换热系数小的一侧；当两侧换热系数较接近时，以在内、装在换热系

8、数小的一侧；当两侧换热系数较接近时，以在内、外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动元件。元件。14常见的翅片管形式常见的翅片管形式 15翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的差异。按制造方法分有差异。按制造方法分有整体翅片整体翅片、焊接翅片焊接翅片、高频焊翅片高频焊翅片和和机械连接机械连接翅片翅片。整体翅片整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触热阻，强度高，但要求翅片与管子同

9、种材料。如低压锅炉的省煤器就热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就是采用整体翅片。是采用整体翅片。焊接翅片焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用，由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用，主要问题是焊接工艺的质量。主要问题是焊接工艺的质量。高频焊翅片高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。

10、接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。16机械连接翅片：有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式机械连接翅片：有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式绕片式传热性能较差，主要是接触热阻的存在；套片式传热性能较好，因为翅片紧套于管表面上后在加以表面热镀锌；双金属轧片传热性能类似于镶片式。17单金属翅片管结构示意图（纵剖面）单金属翅片管结构示意图（纵剖面） 18双金属翅片管结构示意图（纵剖面）双金属翅片管结构示意图（纵剖面） 19双金属翅片管双金属翅片管20复合翅片管复合翅片管 复合翅片管

11、是由铝管和其它金属整体轧制而成。复合翅片管是由铝管和其它金属整体轧制而成。 无接触热阻，传热性能好，防腐蚀性能高，流动损失无接触热阻，传热性能好，防腐蚀性能高，流动损失小，小， 耐热震和机械震动，热膨胀性能好，且有可观的耐热震和机械震动，热膨胀性能好，且有可观的扩展换热面。扩展换热面。 用这种翅片管制成的换热器，效果领先于串片或绕片用这种翅片管制成的换热器，效果领先于串片或绕片等其它形式的散热器。等其它形式的散热器。 钢铝复合翅片管是由钢管和钢铝复合翅片管是由钢管和铝管经复合后在轧制出翅片铝管经复合后在轧制出翅片的散热管。表面均经阳极化的散热管。表面均经阳极化处理，色泽美观大方，且能处理，色泽

12、美观大方，且能有效的防止表面腐蚀有效的防止表面腐蚀 。21翅片管基本几何尺寸包括：基管外径和管壁厚基管外径和管壁厚；翅片高度和翅片翅片高度和翅片厚度厚度；翅片距翅片距；翅化比翅化比（单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面之比）；管长管长。2223翅片管换热器的传热计算与阻力计算翅片管换热器的传热计算与阻力计算1 传热量的计算传热量的计算2 传热系数的计算传热系数的计算3 换热系数和压力损失的计算换热系数和压力损失的计算2425大作业二26传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程：传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程

13、称传热过程。的过程称传热过程。传热过程分析求解的基本关传热过程分析求解的基本关系为系为传热方程式传热方程式21ffttkA式中式中 K K为为传热系数传热系数（在容易与对流换热表面传热系数想混淆时，称总（在容易与对流换热表面传热系数想混淆时，称总传热系数）。传热系数）。27说明说明： (1)(1)由于平壁的两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值由于平壁的两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值不论对哪一侧来说都是一样的不论对哪一侧来说都是一样的。 （2 2） h h1 1和和h h2 2的计算；的计算；（3 3）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等

14、效换热系数( (总表面总表面传热系数传热系数) )rcthhh通过平壁的传热通过平壁的传热21111hhk单层单层211111hhkniii多层多层28通过圆管的传热通过圆管的传热内部对流：内部对流：)(1wifiittldh()1ln()2wiwooittdld圆柱面导热：圆柱面导热：)(2fwooottldh外部对流：外部对流：hiho1iilhdln()2oiddl 1oohld29对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：ooioiifofidhdddhttl1ln21111ln2ooooiiiokkdddhddh从热阻的角度来看从热阻的角度来看 ooioiioAhddlAhkA1l

15、n2111上面三式相加上面三式相加30通过翅壁的传热通过翅壁的传热翅壁面积：翅壁面积：21AAAo稳态下换热情况：稳态下换热情况：)(11wfiittAh)(1wowittA)()()(21fowoooofowofofowoottAhttAhttAhofoAAA)(21翅面总效率翅面总效率31000()1111fiffifooiiioooiiioottA ttAAh AAhAh AAh ioAA111fooiiiookAAh AAh以翅侧表面积为基准的翅壁传热系数以翅侧表面积为基准的翅壁传热系数定义翅化比：定义翅化比：则传热系数则传热系数111fiookhh3211111fiiooioookAhhhhA 工程上一般都以未加翅时的表面积为基准计算翅壁传热系数工程上一般都以未加翅时的表面积为基准计算翅壁传热系数所以，只要所以，只要 就可以起到强化换热的效果。就可以起到强化换热的效果。1o由于由于值常常远大于值常常远大于1 1，而使，而使0 0的值总是远大于的值总是远大于1 1，这就，这就使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。 00()111fifififiiiioo