哈爾濱工程大學-核學院10級換熱器課程設計指導書

課程設計指導書換熱器哈爾濱工程大學核科學與技術學院2023年1月目錄第1章緒論……………11.1課程設計目的……………………11.2課程設計內容……………………11.3課程設計題目……………………11.4課程設計要求……………………21.5課程設計時間安排………………2第2章?lián)Q熱器設計步驟………………4第3章?lián)Q熱器熱力計算………………6第4章?lián)Q熱器水力計算………………11參考文獻………………13附錄1設計說明書封面模版…………14附錄2殼程摩擦系數(shù)…………………15附錄3溫差校正系數(shù)…………………16附錄4水的結垢熱阻…………………17附錄5液體在管內流動時的摩擦系數(shù)………………17附錄6殼程壓降結垢影響校正系數(shù)…………………18附錄7合理壓降的選取………………18附錄8參考圖…………19第1章緒論1.1課程設計目的1、學習管殼式換熱器設計與計算，掌握弓形折流板管殼式換熱器設計計算的標準方法。2、將所學的工程流體力學、傳熱學知識，運用到實際的換熱器設計當中，通過課程設計，穩(wěn)固專業(yè)根底課學習過的知識，加深認識。3、掌握弓形折流板管殼式換熱器的方案設計，培養(yǎng)換熱器結構設計的能力。4、培養(yǎng)查閱文獻，利用資料的能力；培養(yǎng)選擇方案和分析數(shù)據(jù)的能力；提高繪圖根本技能。5、培養(yǎng)工程設計素養(yǎng)，養(yǎng)成認真負責態(tài)度。1.2課程設計內容1、完成管殼式換熱器的熱力計算；2、完成所設計的換熱器管程、殼程的水力計算；3、繪制換熱器結構總圖。1.3課程設計題目設計一臺管殼式換熱器，把18000kg/h的熱水由溫度t1’冷卻至t1〞，冷卻水入口溫度t2’，出口溫度t2〞，設熱水和冷卻水的運行壓力均為常壓。題目中的4個溫度由同學從以下溫度范圍中自己任意設定1組，作為設計要求。熱水入口溫度t1’：75℃-85℃；熱水出口溫度t1〞：40℃-50℃；冷卻水入口溫度t2’：20℃-25℃；冷卻水出口溫度t2〞：40℃-45℃；說明：需要的公式和系數(shù)從有關書里查。1.4課程設計要求1、提交弓形折流板管殼式換熱器的設計說明書1冊。2、提交弓形折流板管殼式換熱器的總圖1張。3、設計說明書要求使用A4紙，左側裝訂，主體局部使用雙面。設計說明書包括封面〔注：使用附錄中的統(tǒng)一封面格式。打印〕目錄〔注：標明頁碼。手寫〕設計題目〔注：按個人所選定的設計參數(shù)寫設計題目。手寫〕設計過程〔注：簡要說明設計過程。手寫〕熱力計算〔注：可參考本課程設計指導書，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行調整排版后打?。淮鷶?shù)的過程及計算得到的數(shù)據(jù)，手寫填表?！乘τ嬎恪沧ⅲ嚎蓞⒖急菊n程設計指導書，使用提供的表格。表格及其中的工程和公式可以自行調整排版后打?。挥嬎愕玫降臄?shù)據(jù)，手寫填表?！撤治雠c總結〔注：偏重技術的分析與總結。1頁以內，手寫〕4、換熱器總圖要求使用A2圖紙，手繪，按標準折疊〔疊成A4大小，露出標題欄〕?？倛D上包括換熱器總圖〔注：確定了尺寸的局部按比例畫，標注尺寸；未確定尺寸的局部不標注尺寸?！硴Q熱管布置圖〔注：同上〕標題欄技術要求〔注：查參考資料填寫?！?.5課程設計時間安排2023級換熱器課程設計時間：2023年1月14日-18日。2023年1月14日上午，指導老師講解課程設計及要求，布置本班答疑時間和地點。2023年1月14日下午-18日上午，學生按要求進行課程設計計算和繪圖，編寫設計說明書。按指導教師布置的時間和地點去答疑，有特殊問題可隨時聯(lián)系指導老師。2023年1月18日14:00，各班將收齊的設計說明書和圖紙，交給指導教師。2023年1月19日8:00-12:00,14:00-18:00，課程設計辯論。以班級為單位，辯論老師為各班指導教師。未通過的同學按老師要求修改設計說明書和圖紙，準備第二次辯論。2023年1月20日14:00-18:00，第一次辯論沒通過的同學，第二次辯論。辯論老師為指導教師組。第二次辯論未通過的同學，此門課程不及格，跟下一屆重修。班級指導教師講解答疑時間辯論二次辯論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王賀11#0124中教室31#45631#45620231513曹夏昕11#0126中教室三甲206三甲21920231514丁銘11#0129中教室三甲206三甲22120231515李磊11#0131中教室31#46031#46020231516薛假設軍11#0132中教室31#45631#43920231517谷海峰11#0133中教室三甲20631#34320231518王建軍11#0134中教室31#37431#37420231519范廣銘11#0135中教室三甲20631#345第2章?lián)Q熱器設計步驟換熱器計算程序或步驟隨著設計任務和原始數(shù)據(jù)的不同而不同，應根據(jù)換熱器設計原理和方法靈活編排，要盡量使數(shù)據(jù)和要計算的工程順次編排，但由于許多工程之間互相關聯(lián)，無法排定次序，故往往先行根據(jù)經驗選定一個數(shù)據(jù)使計算得以進行，等到該項數(shù)據(jù)通過計算得到后再與初選的數(shù)據(jù)進行比擬，直到到達規(guī)定的差額要求，試算才告結束。例如，傳熱計算和水力計算中，不可防止地要涉及結構數(shù)據(jù)，為此，在換熱器設計中，常先要根據(jù)經驗資料初選一個傳熱系數(shù)K0，以便初步計算得到傳熱面積和確定結構，然后才能進行熱力計算，并根據(jù)傳熱理論計算得到傳熱系數(shù)Kj。當Kj=(1.1-1.2)K0時，試算方為成功。一般條件下，換熱器設計的步驟如下[1]：根據(jù)設計任務搜集盡量多的原始資料，包括給定的數(shù)據(jù)和查得的數(shù)據(jù)在內，例如：管、殼程的流體名稱、溫度、壓力、允許壓降、流量或熱負荷等。確定定性溫度，并進而查得兩側流體的密度、粘度、導熱系數(shù)、比熱等。計算換熱器的總平均溫差。為了決定平均溫差的校正系數(shù)，需初步決定換熱器流程型式。計算熱負荷，利用熱平衡方程式，并初步估計一個換熱器的熱效率η以估計熱量損失，即：熱平衡熱量：設計熱負荷：或式中：G1、G2為熱、冷流體的質量流量，kg/s；為熱、冷流體的定壓比熱，kJ/(kg℃)；為熱、冷流體的進出口溫度差，℃；初選傳熱系數(shù)K0，初算傳熱面積F0，進而利用F0來選擇標準型號換熱器，或自行設計換熱器的結構〔包括管程和殼程的初步結構設計〕。管程壓降及傳熱計算。選定允許壓降，假定壁面溫度，并根據(jù)初選結構計算管程流通截面、流速、粘度校正系數(shù)、換熱系數(shù)和壓降，當換熱系數(shù)遠大于傳熱系數(shù)值且壓降小于允許壓降時，方能進行殼程傳熱計算，否那么要重選K0或進行結構調整。殼程壓降及傳熱計算。根據(jù)初選結構和計算殼程流通截面、流速，壓降和換熱系數(shù)，并核定壓降及換熱系數(shù)的合理性，不符合要求那么改變殼程設計，調整折流板尺寸、間距或殼徑，直至滿意為止。核算傳熱系數(shù)。根據(jù)兩側流體流速和溫度決定污垢熱阻，進而計得傳熱系數(shù)Kj，當Kj=(1.1-1.2)K0即符合要求。也可以進而計算出傳熱量Qj與傳熱面積Fj，并與Q0和F0相比擬，當有10%~20%的過剩傳熱面或傳熱量即符合要求。核算壁面溫度。根據(jù)傳熱系數(shù)計得的管壁溫度與假定的根本相符即可?！脖菊n程設計略〕核算壓力降，當6、7步未進行壓降計算時，對管、殼程的沿程摩擦阻力和局部阻力進行計算，總壓降小于允許壓降即為滿意?！脖菊n程設計略〕詳細結構設計，并對管板、殼體進行強度校核，有時尚需核算管、殼熱應力和管子接口處的拉脫應力。〔本課程設計略〕為計算簡明、檢查調整方便，常按上述程序列表計算。小數(shù)點后兩位有效數(shù)字第3章?lián)Q熱器熱力計算No計算工程符號單位計算公式或圖表數(shù)值備注原始數(shù)據(jù)1冷卻水進口溫度給定絕對壓力絕對壓力2冷卻水出口溫度給定3冷卻水工作壓力KPa給定4熱水進口溫度給定5熱水出口溫度給定6熱水流量kg/h給定7熱水工作壓力KPa給定定性溫度和物性參數(shù)計算8冷卻水的定性溫度9冷卻水的密度kg/m3查物性表10冷卻水的比熱kJ/(kg·℃)查物性表4.1711冷卻水的導熱系數(shù)W/(m·℃)查物性表12冷卻水的粘度kg/(m·s)查物性表13冷卻水的普朗特數(shù)計算或直接查得14熱水的定性溫度15熱水密度kg/m3查物性表16熱水比熱kJ/(kg·℃)查物性表17熱水的導熱系數(shù)W/(m·℃)查物性表18熱水粘度kg/(m·s)查物性表19熱水的普朗特數(shù)計算或直接查得傳熱量及水流量20換熱器效率取用21設計傳熱量W22冷卻水流量kg/h有效平均溫差23逆流平均溫差24參數(shù)0.36溫差校正系數(shù)附錄325有效平均溫差管程換熱系數(shù)26試選傳熱系數(shù)W/(m2·℃)參考值：500~1200實際取整按2管程計算27初選傳熱面積m228管子外徑m選換熱器管換熱器管參考規(guī)格：Φ25×2.5、Φ19×2、Φ16×1.5無縫鋼管管子內徑md0-2×壁厚29管子長度m取換熱器管標準長度參考值：2、2.5、3、4.5、6m30總管子數(shù)31管程流通截面m232管程流速w2m/s33管程雷諾數(shù)34管程努賽爾數(shù)0.023Re20.8Pr20.4管程換熱系數(shù)W/(m2·℃)初選結構35管子排列方式正三角形正方形正三角形邊長36管間距M≥1.25d0為宜。37一排管數(shù)38殼體間距M39殼體內徑M40長徑比l/Ds41弓形折流板弓高M42折流板間距MDs/343折流板數(shù)(l/B)-1殼程換熱系數(shù)44殼程流通截面m245殼程流速w1m/s46殼程質量流速W1kg/(m2·s)47殼程當量直徑M48殼程雷諾數(shù)Re149管間距比值50努塞爾數(shù)51管排修正系數(shù)參考《傳熱學》261頁52殼程換熱系數(shù)W/(m2·℃)傳熱系數(shù)53冷卻水側污垢熱阻m2·℃/W附錄4冷水取自來水熱水取蒸餾水54熱水側污垢熱阻m2·℃/W附錄455管壁熱阻m2·℃/W56m2·℃/W57傳熱系數(shù)W/(m2·℃)58傳熱系數(shù)比值大小參考值：1.1~1.2管壁溫度59管外壁熱流密度W/m260管外壁溫度61管外壁熱流密度W/m262管內壁溫度tw2第4章?lián)Q熱器水力計算No計算工程符號單位計算公式或圖表數(shù)值備注管程壓降1壁溫下水的粘度Pa·s查物性表為管程數(shù)2管程粘度修正系數(shù)3管程摩系數(shù)附錄54管子沿程壓降Pa5回彎壓降Pa6進、出口管處質量流速kg/(m2·s)按<3300Pa取用，w為進、出口管流體流速7進、出口管處壓降Pa8管程結垢校正系數(shù)Φ25×2.5管子，=1.4；Φ19×2管子，=1.5；Φ16×1.5管子，=1.5；9管程壓降Pa殼程壓降10當量直徑m11雷諾數(shù)12殼程摩擦系數(shù)附錄213殼程粘度修正系數(shù)14管束壓降15管嘴處質量流速kg/(m2·s)按<2200取用16導流板阻力系數(shù)由實測決定，缺乏實測數(shù)據(jù)時，取=5~10估算。17進、出口管壓降Pa18導流板壓降Pa