《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计 2.2-2.3解析课件.ppt

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1、第二节管壳式热交换器的结构计算任务:确定设备的主要尺寸内容:管程流通截面积确定壳体直径壳程流通截面积进出口连接管尺寸一、管程流通截面积的计算单管程热交换器的管程流通截面积为：1式中：At——为管程流通截面积，m2；Mt——为管程流体的质量流量，Kg/s；ρt——为管程流体的密度，Kg/m3；Wt——为管程流体的流速，m/s；需管数n式中：d1——管子内径，m；2每根管子的长度L为式中：F——热计算所需要的传热面m2；d——管子的计算直径，m计算直径的选取方法：一般情况下，管子的计算直径取换热系数小的那一侧的，只有在两侧的换热系数相近时才取

2、平均直径作为计算直径。3换热管的长度与壳体直径的比值在4－25之间；一般为6－10，对于立式热交换器而言比值为4－6。若算得的管长过长，则应该做成多程的热交换器。换热管长度取值：管程数Zt为：式中：l——所确定的管子的长度mL——管程总长，m；4管子的总根数n——每程管数式中：流程数的选取：过多隔板在管板上占去过多的面积，管板排管数降低增加流体穿过隔板垫片短路的机会增加流体的转弯次数及流动阻力流程数适中5程数宜取偶数，以使流体的进、出口连接管做在同一封头管箱上，便于制造。二、壳体直径的确定内径方法作图（可靠，准确）估算6式中：b′——管束

3、中心线上最外层管中心至壳体内壁距离，b′＝（1～1.5）d0(d0为管外径)。b——沿六边形对角线上的管数。估算当管子按照等边三角形排列时，；当管子接正方形排列时壳体的外径强度钢制压力容器标准的规定加以确定7公称直径小于或等于400mm的热交换器，可以采用无缝钢管制作圆筒，卷制圆筒的公称直径以400mm为基础，以100mm，为进级档，必要的时候允许以50mm为进级档。三、壳程流通截面积的计算内容：确定纵向隔板或折流板的数目与尺寸。纵向隔板式中：AS′——为壳程流通截面积，m2；Ms——壳程流体的质量流量，Kg/s；ρs——壳程流体的密度，

4、Kg/m3ws——壳程流体的流速，m/s；8纵向隔板长度确定的基本原则：流体在纵向隔板转弯时的流速各流程中顺管束流动时速度。壳程流通截面积流程数9弓形折流板缺口高度缺口处的流通截面积两折流板间错流的流通截面积缺口高度确定原则为避免流动速度变化引起压降，流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积接近。10流体在缺口处的流通截面积Ab11缺口总截面积缺口处管子所占面积FC——为错流区内管子数占总管数的百分数式中：h——表示折流板缺口高度，m；Ds——表示热交换器壳体内径，m；式中：DL——表示最大布管圆直径，m12θ——折流板

5、切口中心角，弧度；两折流板间错流的流通截面积AC正方形斜转或直列排列时三角形排列时13式中：ls——折流板间距；d0——管子外径；s——管间距；sn——与流向垂直的管间距。As，Ab，Ac之间的关系As——为保证流速所需要的流通截面积Ab——流体在缺口处的流通截面积AC—两折流板间错流的流通截面积14（3）盘环形折流板环板圆孔处的流通面积a1盘板的流通面积a2环板的流通面积a3a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积Dm——环内径D1和盘径D2的算术平均值sn——与流向垂直的管间距15第三节管壳式热交换器的传热计算一、传热系数的确定

6、1、确定传热系数的主要方法：经验选用数据实验测定通过计算热阻间壁材料16圆管流体与洁净壁面流体与结垢壁面定义:热交换器运行一段时间后，壁表面会形成一层污垢，引起附加热阻。17决定因素：污垢的导热系数λd及污垢的厚度污垢系数：rd=δd/λd污垢热阻传热量传热公式2、圆管的传热系数确定18以外表面积为基准时：式中：0——表示管外；i——表示管内；以内表面为基准时19近似计算外表面内表面（管壁比较薄）式中rs,i——管内壁的污垢热阻，m2℃/W；rs,o——管外壁的污垢热阻，m2℃/W；δw——管壁厚度，m；λw——管材的导热系数，W/m℃；

7、dm——管子的平均直径20或者金属壁面的导热热阻<<流体的对流换热热阻对于新的热交换器污垢热阻可以忽略不计条件d0≈di非金属材料不适用21二、换热系数的计算管内外换热系数在试验基础上，把它的变化规律用努谢尔准则数（Nu），或传热因子（jh）与雷诺数(Re)之间的关系用公式或线图形式表示出来。努谢尔准则数对流换热强度22雷诺准则数流体的流动状态传热因子科恩传热因子柯尔本传热因子23关系壳侧换热计算无折流板有折流板纵向流过管束当量直径管内湍流求出按照孔式折流板盘环折流板弓形折流板24孔式折流板Re=3～2×104Gav——平均质量流量，Kg

8、/(m2s)式中：G0——管孔间隙中的质量流速，Kg/(m2s)Ga——壳程流体顺流管束的质量流量，Kg/(m2s)25Ms——壳程流体的质量流量dH——折流板上管孔直径，mls——折流板间距