哈尔滨工程大学-核学院10级换热器课程设计指导书

课程设计指导书换热器哈尔滨工程大学核科学与技术学院2023年1月目录第1章绪论……………11.1课程设计目的……………………11.2课程设计内容……………………11.3课程设计题目……………………11.4课程设计要求……………………21.5课程设计时间安排………………2第2章换热器设计步骤………………4第3章换热器热力计算………………6第4章换热器水力计算………………11参考文献………………13附录1设计说明书封面模版…………14附录2壳程摩擦系数…………………15附录3温差校正系数…………………16附录4水的结垢热阻…………………17附录5液体在管内流动时的摩擦系数………………17附录6壳程压降结垢影响校正系数…………………18附录7合理压降的选取………………18附录8参考图…………19第1章绪论1.1课程设计目的1、学习管壳式换热器设计与计算，掌握弓形折流板管壳式换热器设计计算的标准方法。2、将所学的工程流体力学、传热学知识，运用到实际的换热器设计当中，通过课程设计，稳固专业根底课学习过的知识，加深认识。3、掌握弓形折流板管壳式换热器的方案设计，培养换热器结构设计的能力。4、培养查阅文献，利用资料的能力；培养选择方案和分析数据的能力；提高绘图根本技能。5、培养工程设计素养，养成认真负责态度。1.2课程设计内容1、完成管壳式换热器的热力计算；2、完成所设计的换热器管程、壳程的水力计算；3、绘制换热器结构总图。1.3课程设计题目设计一台管壳式换热器，把18000kg/h的热水由温度t1’冷却至t1〞，冷却水入口温度t2’，出口温度t2〞，设热水和冷却水的运行压力均为常压。题目中的4个温度由同学从以下温度范围中自己任意设定1组，作为设计要求。热水入口温度t1’：75℃-85℃；热水出口温度t1〞：40℃-50℃；冷却水入口温度t2’：20℃-25℃；冷却水出口温度t2〞：40℃-45℃；说明：需要的公式和系数从有关书里查。1.4课程设计要求1、提交弓形折流板管壳式换热器的设计说明书1册。2、提交弓形折流板管壳式换热器的总图1张。3、设计说明书要求使用A4纸，左侧装订，主体局部使用双面。设计说明书包括封面〔注：使用附录中的统一封面格式。打印〕目录〔注：标明页码。手写〕设计题目〔注：按个人所选定的设计参数写设计题目。手写〕设计过程〔注：简要说明设计过程。手写〕热力计算〔注：可参考本课程设计指导书，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行调整排版后打印；代数的过程及计算得到的数据，手写填表。〕水力计算〔注：可参考本课程设计指导书，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行调整排版后打印；计算得到的数据，手写填表。〕分析与总结〔注：偏重技术的分析与总结。1页以内，手写〕4、换热器总图要求使用A2图纸，手绘，按标准折叠〔叠成A4大小，露出标题栏〕。总图上包括换热器总图〔注：确定了尺寸的局部按比例画，标注尺寸；未确定尺寸的局部不标注尺寸。〕换热管布置图〔注：同上〕标题栏技术要求〔注：查参考资料填写。〕1.5课程设计时间安排2023级换热器课程设计时间：2023年1月14日-18日。2023年1月14日上午，指导老师讲解课程设计及要求，布置本班答疑时间和地点。2023年1月14日下午-18日上午，学生按要求进行课程设计计算和绘图，编写设计说明书。按指导教师布置的时间和地点去答疑，有特殊问题可随时联系指导老师。2023年1月18日14:00，各班将收齐的设计说明书和图纸，交给指导教师。2023年1月19日8:00-12:00,14:00-18:00，课程设计辩论。以班级为单位，辩论老师为各班指导教师。未通过的同学按老师要求修改设计说明书和图纸，准备第二次辩论。2023年1月20日14:00-18:00，第一次辩论没通过的同学，第二次辩论。辩论老师为指导教师组。第二次辩论未通过的同学，此门课程不及格，跟下一届重修。班级指导教师讲解答疑时间辩论二次辩论1月14日8:001月15日14:00-17:001月17日14:00-17:001月19日8:00-12:00,14:00-18:001月20日14:00-18:0020231511高璞珍11#0123中教室三甲20531#34820231512王贺11#0124中教室31#45631#45620231513曹夏昕11#0126中教室三甲206三甲21920231514丁铭11#0129中教室三甲206三甲22120231515李磊11#0131中教室31#46031#46020231516薛假设军11#0132中教室31#45631#43920231517谷海峰11#0133中教室三甲20631#34320231518王建军11#0134中教室31#37431#37420231519范广铭11#0135中教室三甲20631#345第2章换热器设计步骤换热器计算程序或步骤随着设计任务和原始数据的不同而不同，应根据换热器设计原理和方法灵活编排，要尽量使数据和要计算的工程顺次编排，但由于许多工程之间互相关联，无法排定次序，故往往先行根据经验选定一个数据使计算得以进行，等到该项数据通过计算得到后再与初选的数据进行比拟，直到到达规定的差额要求，试算才告结束。例如，传热计算和水力计算中，不可防止地要涉及结构数据，为此，在换热器设计中，常先要根据经验资料初选一个传热系数K0，以便初步计算得到传热面积和确定结构，然后才能进行热力计算，并根据传热理论计算得到传热系数Kj。当Kj=(1.1-1.2)K0时，试算方为成功。一般条件下，换热器设计的步骤如下[1]：根据设计任务搜集尽量多的原始资料，包括给定的数据和查得的数据在内，例如：管、壳程的流体名称、温度、压力、允许压降、流量或热负荷等。确定定性温度，并进而查得两侧流体的密度、粘度、导热系数、比热等。计算换热器的总平均温差。为了决定平均温差的校正系数，需初步决定换热器流程型式。计算热负荷，利用热平衡方程式，并初步估计一个换热器的热效率η以估计热量损失，即：热平衡热量：设计热负荷：或式中：G1、G2为热、冷流体的质量流量，kg/s；为热、冷流体的定压比热，kJ/(kg℃)；为热、冷流体的进出口温度差，℃；初选传热系数K0，初算传热面积F0，进而利用F0来选择标准型号换热器，或自行设计换热器的结构〔包括管程和壳程的初步结构设计〕。管程压降及传热计算。选定允许压降，假定壁面温度，并根据初选结构计算管程流通截面、流速、粘度校正系数、换热系数和压降，当换热系数远大于传热系数值且压降小于允许压降时，方能进行壳程传热计算，否那么要重选K0或进行结构调整。壳程压降及传热计算。根据初选结构和计算壳程流通截面、流速，压降和换热系数，并核定压降及换热系数的合理性，不符合要求那么改变壳程设计，调整折流板尺寸、间距或壳径，直至满意为止。核算传热系数。根据两侧流体流速和温度决定污垢热阻，进而计得传热系数Kj，当Kj=(1.1-1.2)K0即符合要求。也可以进而计算出传热量Qj与传热面积Fj，并与Q0和F0相比拟，当有10%~20%的过剩传热面或传热量即符合要求。核算壁面温度。根据传热系数计得的管壁温度与假定的根本相符即可。〔本课程设计略〕核算压力降，当6、7步未进行压降计算时，对管、壳程的沿程摩擦阻力和局部阻力进行计算，总压降小于允许压降即为满意。〔本课程设计略〕详细结构设计，并对管板、壳体进行强度校核，有时尚需核算管、壳热应力和管子接口处的拉脱应力。〔本课程设计略〕为计算简明、检查调整方便，常按上述程序列表计算。小数点后两位有效数字第3章换热器热力计算No计算工程符号单位计算公式或图表数值备注原始数据1冷却水进口温度给定绝对压力绝对压力2冷却水出口温度给定3冷却水工作压力KPa给定4热水进口温度给定5热水出口温度给定6热水流量kg/h给定7热水工作压力KPa给定定性温度和物性参数计算8冷却水的定性温度9冷却水的密度kg/m3查物性表10冷却水的比热kJ/(kg·℃)查物性表4.1711冷却水的导热系数W/(m·℃)查物性表12冷却水的粘度kg/(m·s)查物性表13冷却水的普朗特数计算或直接查得14热水的定性温度15热水密度kg/m3查物性表16热水比热kJ/(kg·℃)查物性表17热水的导热系数W/(m·℃)查物性表18热水粘度kg/(m·s)查物性表19热水的普朗特数计算或直接查得传热量及水流量20换热器效率取用21设计传热量W22冷却水流量kg/h有效平均温差23逆流平均温差24参数0.36温差校正系数附录325有效平均温差管程换热系数26试选传热系数W/(m2·℃)参考值：500~1200实际取整按2管程计算27初选传热面积m228管子外径m选换热器管换热器管参考规格：Φ25×2.5、Φ19×2、Φ16×1.5无缝钢管管子内径md0-2×壁厚29管子长度m取换热器管标准长度参考值：2、2.5、3、4.5、6m30总管子数31管程流通截面m232管程流速w2m/s33管程雷诺数34管程努赛尔数0.023Re20.8Pr20.4管程换热系数W/(m2·℃)初选结构35管子排列方式正三角形正方形正三角形边长36管间距M≥1.25d0为宜。37一排管数38壳体间距M39壳体内径M40长径比l/Ds41弓形折流板弓高M42折流板间距MDs/343折流板数(l/B)-1壳程换热系数44壳程流通截面m245壳程流速w1m/s46壳程质量流速W1kg/(m2·s)47壳程当量直径M48壳程雷诺数Re149管间距比值50努塞尔数51管排修正系数参考《传热学》261页52壳程换热系数W/(m2·℃)传热系数53冷却水侧污垢热阻m2·℃/W附录4冷水取自来水热水取蒸馏水54热水侧污垢热阻m2·℃/W附录455管壁热阻m2·℃/W56m2·℃/W57传热系数W/(m2·℃)58传热系数比值大小参考值：1.1~1.2管壁温度59管外壁热流密度W/m260管外壁温度61管外壁热流密度W/m262管内壁温度tw2第4章换热器水力计算No计算工程符号单位计算公式或图表数值备注管程压降1壁温下水的粘度Pa·s查物性表为管程数2管程粘度修正系数3管程摩系数附录54管子沿程压降Pa5回弯压降Pa6进、出口管处质量流速kg/(m2·s)按<3300Pa取用，w为进、出口管流体流速7进、出口管处压降Pa8管程结垢校正系数Φ25×2.5管子，=1.4；Φ19×2管子，=1.5；Φ16×1.5管子，=1.5；9管程压降Pa壳程压降10当量直径m11雷诺数12壳程摩擦系数附录213壳程粘度修正系数14管束压降15管嘴处质量流速kg/(m2·s)按<2200取用16导流板阻力系数由实测决定，缺乏实测数据时，取=5~10估算。17进、出口管压降Pa18导流板压降Pa