双管板换热器管板平均金属温度的一种计算方法.pdf

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1、第53卷第4期化　工　设　备　与　管　道Vol.53No.42016年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug.2016双管板换热器管板平均金属温度的一种计算方法袁博，许学斌，陈仓社（华陆工程科技有限责任公司，西安710065）摘要：利用FLUENT软件对双管板换热器管板及其邻近流体区域的传热特性进行了数值模拟研究，通过建立传热模型，对其传热机理进行了研究，给出了描述其传热过程的传热方程，提出了管板平均金属温度的计算方法。结果表明：管板平均金属温度的模拟结果与理论解相符，模拟结果验证了传热方程的正

2、确性。关键词：双管板换热器；平均金属温度；数值模拟；传热方程中图分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2016）04-0012-005换热器在具体设计中，如果管程和壳程的介质（5）假定内外管板的导热系数均为常数，且管混合后会产生严重后果时，采用单管板结构的换热器板与换热管具有相同的导热系数；不能满足工程要求，通常要采用双管板结构，它能有（6）假定管箱内流体与换热管内流体具有相同[1-2]效防止两种物料混合，杜绝事故的发生，2014版的对流传热系数。国家标准GB/T151《热

3、交换器》在正文中首次增加1.2传热模型的建立[3]了双管板换热器的设计计算内容。根据上述假设条件，参照图1换热器管板及其在结构设计时外管板（管程管板）与内管板（壳邻近流体区域传热示意图建立双管板换热器的传热程管板）的间距选取要适当，避免由于两块管板使用模型（图中箭头代表热流量）。温度不同产生位移，过大的间距会浪费管子的表面[4]积，同时还要考虑到胀管器的胀杆长度，内外管板间距的确定需要已知内外管板平均金属温度，而标准并未给出管板平均金属温度的确定方法，本文通过传热分析和数值模拟提出了一种连接式双管板换热器管板平均

4、金属温度的计算方法。1传热模型1.1假设条件在建立双管板换热器内外管板及其邻近区域的图1换热器管板及其邻近流体区域传热示意图Fig.1Schematicplotofheattransferintubesheetandits传热模型前，首先对内外管板的传热情况进行以下几adjacentfluidregionofheatexchanger点假设：（1）假定换热器的管程和壳程分程形式为单程；现将内外管板与邻近区域的传热简化为8股热（2）假定换热器的管程和壳程介质为单相流体；流，分别为：外管板与管程流体间的对流换热热流（3

5、）假定流经管板和隔离腔的管程流体温度等量Q1；外管板与隔离腔内流体间的对流换热热流量于其进口或出口处的介质温度；收稿日期：2016-05-06（4）忽略换热器与周围环境间的热量传递，假作者简介：袁博（1990—），男，吉林松原人，助理工程师，硕士。定换热器外壁为绝热边界条件；主要从事压力容器设计工作。2016年8月袁博，等.双管板换热器管板平均金属温度的一种计算方法·13·Q2；外管板与内管板间的辐射换热热流量Q3；内管2.1外管板传热方程板与隔离腔内流体间的对流换热热流量Q4；内管板外管板与管程流体和隔离腔内流

6、体的对流换热与壳程流体间的对流换热热流量Q5；换热管内流体热流量Q1、Q2分别为：与外管板间的对流换热热流量Q6；换热管内流体与Q1=α1A1(T1-t1)（1）隔离腔内流体的对流换热热流量Q7；换热管内流体Q2=α2A1(t2-T2)（2）与内管板间的对流换热热流量Q8。内、外管板间的辐射换热热流量Q3为：t24t34112传热方程的建立QA31=56./78`100j-+`100jBc-1m（3）ff12外管板与换热管内流体的对流换热热流量Q6为通过以上8股热流Q1~Q8，分别建立外管板、（近似取内、外管板的

7、平均金属温度为管板两侧表面隔离腔、内管板的传热方程，对于外管板，传热方温度的平均值）：程为：Q1+Q6=Q2+Q3；对于隔离腔，传热方程为：Q2+Q7=Q4；对于内管板，传热方程为：Q3+Q4+Q8=QA=a8T-`jtt12+B/n（4）61212Q5，具体传热方程如下。根据上式（1）~（4）可得外管板的传热方程为：tt12+t24t3411aa11AT^11-+tAh128T1-`2jB/nA=a21^tT22-+h5.67A18`100j-+`100jB/cff-1m（5）122.2隔离腔传热方程2.3内管

8、板传热方程隔离腔与内管板间的对流换热热流量Q4为：内管板与壳程流体间的对流换热热流量Q5为：QA43=a12^hTt-3（6）QA55=a14^htT-3（9）隔离腔与换热管间的对流换热热流量Q7为：内管板与管程流体间的对流换热热流量Q8为：QA74=a31^hTt-2/n（7）;^htt34+EQA81=a41T-/n（10）2根据式（2）、（6）、（7）可得隔离腔的传