管壳式换热器设计

序号项目符号单位计算公式或数据来源数值1煤油进口温度℃由题意1502煤油出口温度℃由题意503冷却水进口温度℃由题意304冷却水出口温度℃由题意405煤油工作表压力p1MPa由题意0.16冷却水工作表压力p2MPa由题意0.37煤油流量kg/s由题意4.178煤油定性温度℃1009煤油比热cp1kJ/(kg·℃)查物性表2.3310煤油密度ρ1kg/m3查物性表74411煤油粘度μ1kg/(m·s)查物性表0.000604512煤油导热系数λ1W/(m·℃)查物性表0.102813煤油普朗特数Pr1——13.7012159514水的定性温度tm2℃3515水的比热cp2kJ/(kg·℃)查物性表4.17816水的密度ρ2kg/m3查物性表994.117水的导热系数λ2W/(m·℃)查物性表0.62318水的粘度μ2kg/(m·s)查物性表0.00071931619水的普朗特数Pr2——4.820热损失系数ηL——取用0.9821传热量QkW952.222冷却水量M2kg/s22.7923逆流时的对数平均温差℃52.79P——0.083R——1025温差修正系数ψ——由（2-4）型公式计算0.97226有效平均温差℃51.3227初选传热系数K，W/(m2·℃)查参考资料23028估算传热面积F，m280.6829管子材料选用碳钢无缝钢管30管子外径、壁厚mmφ25×231管程内水的流速w2m/s选用132管程所需流通面积At㎡0.0229233每程管数n根6634每根管长lm4.535管子排列方式选等边三角形36管中心距smm由表2.33237分程隔板槽处管中心距lEmm由表2.34438平行于流向的管距spmmsp=scos30o27.739垂直于流向的管距snmmsn=ssin30o1640拉杆直径mm由2.1.5节16做草图作图结果所得数据六边形层数a6一台管子数nt136一台拉杆数根初步估计壳体直径在400-700mm之间，由表2.74一台传热面积㎡ntπdl=136π×0.025×4.548.1二台传热面积F''㎡2*48.196.142管束中心至最外层管中心距离m由图量取或者计算得0.224管束外缘直径DLm2*0.224+2*0.01250.473Ds=DL+2b3b3=0.25d=6.25mm，且≮8mm，故Ds=0.473+2×0.008=0.489m按GB151-2014规定，取标准直径见图估计传热面积及传热面结构参数P和R壳体内径0.5m43Ds根原始数据流体的物性参数传热量及平均温度24411t1t2tt21mt223040=22tt1500011112.33150-500.983600()（）pLQMctt2222/()952.2/4.178(4030)pMQcttcmt,1maxmin1,maxmin11020t=110lnln20mctttt22124030=15030tttt112215050=t4030tttmt1,t0.97252.79mcm952.21000t23052.79OQFK2t2222.79=994.1MAw22i440.02292n=d0.021πtA0l/d80.68/(6640.025)=3.88ππ取标准长tFnZ-61111604.5102330Pr0.1028pc-62222719104178Pr0.623pc11（tt）(15050)226604.51044长径比l/Ds=4.5/0.5945管程接管直径D2mm171.084193按钢管标准取值φ180×546管程雷诺数Re22902347管程换热系数α2W/(·℃)476148折流板形式选定弓形49折流板缺口高度hm取h=0.25Ds=0.25×0.50.12550折流板的圆心角度12051折流板间距lsm(0.2～0.1)Ds=(0.2～0.1)×0.5=0.1～0.5,取0.2552折流板数目Nb块l/ls-11753折流板上管孔数个由图得11654折流板上管孔直径dHm由GB151-2014规定0.025455流过折流板上管子数目根由图11256折流板缺口处管子数目根由图2457折流板直径Dbm由GB151-2014规定0.495558折流板缺口面积Awgm20.0383959错流区内管数占总管数的百分比Fc0.6460缺口处管子所占面积Awt㎡0.0123761流体在缺口处流通面积Ab㎡Ab=Awg-Awt=0.03839-0.012370.02662流体在两折流板间错流流通截面积Ac㎡0.03163壳程流通截面积As㎡0.02851533564壳程接管直径D1mm按计算，并由钢管标准选接近规格φ203×665错流区管排数Nc排由图866每一缺口内的有效错流管排数Ncw排3.667旁流通道数NE168旁通挡板数Nss对选取369错流面积中旁流面积所占分数Fbp0.39270一块折流板上管子和管孔间泄漏面积Atb㎡0.003571折流板外缘与课题内壁之间泄露面积Asb㎡0.002365管程计算估计传热面积及传热面结构课程结构及壳程计算2222.791.131.131000mmw9941MD22226w19940.021Re=71910id22i0.80.4220.80.40.023RePrd0.623=0.023290234.80.0212wg2o12[(1)sin]4220.5120π20.125　　[0.5-（1-）sin60]41800.5sDshADsscs122{2sin[arccos()]22arccos()}10.520.1250.520.125{2sin[arccos()]0.4730.4730.520.1252arccos()}0.473π（）ππ（）πLLLDhDhFDDDhD2wt2d(1)80.025140(10.64)8ππ　　tocAnF0c0[()]0.4730.0250.25[0.50.473(0.0320.025)]0.032LssLDdAlDDsdss=0.0260.031bcAAA21D0.02854πpshN8.0cwbp1[]/2[0.50.4730.510.044]0.25/0.031sLEEscFDDNllAsb()2[arccos(1)]20.5(0.50.4955)20.25[-arccos(1)]20.5ssbsDDDhADππtb001d()(1)20.0250.0254-0.0250.510.64136ππ（）（）tHcAddFn2ｍ72壳程雷诺数Re1604873理想管数传热因子jH由图2.280.0174折流板缺口校正因子jc由图2.29175折流板泄漏校正因子j10.776旁通校正因子jb0.8277壳程传热因子joj0=jHjcj1jb0.005778壳程质量流量GsGs=M1/As=4.17/0.0285146.279壳侧壁面温度tw℃假定6380壁温下煤油粘度μw1kg/(m·s)查物性表0.00108081壳侧换热系数α1W/(㎡·℃)314.982水垢热阻rs,2(㎡·℃)/W查有关资料0.0005283煤油污垢热阻rs,1(㎡·℃)/W查有关资料0.0004184管壁热阻略85传热系数KW/(m2·℃)224.586传热面积F㎡82.6587传热面积之比F,,/F72.1/61.851.16388检验壳侧壁温tw1℃63.4289管内摩擦系数fi查图2.350.006590管侧壁温tw2℃假定4091壁温下水的粘度μw2kg/(m·s)查物性表0.000654292沿程阻力ΔPiPa1147893回弯阻力ΔPrPa795394进出口连接管阻力ΔPNPa74695两台管程总阻力ΔPtPa2017696理想管束摩擦系数fk查图2.360.1997理想管束错流段阻力ΔPbkPa77.098理想管束缺口处阻力ΔPwkPa59.999旁路校正系数Rb——查图2.380.79100折流板泄漏校正系数R1——查图2.370.55101折流板间距不等的校正系数Rs——间距相等，无需校正1102壳程总阻力ΔPs,Pa1272课程结构及壳程计算需用传热面积阻力计算sb()2[arccos(1)]20.5(0.50.4955)20.25[-arccos(1)]20.5ssbsDDDhADππ101614.170.025e604.5100.0284sMdRAsbsb0.0023650.00350.18890.0310.0023650.400.0023650.00352.30由及查图tbcsbtbAAAAAAssbp30.3330.39592.31由及查资料图线cNFNsm2kg112/30.14102/3jPr(/)0.0060146.2233013.7/1.0846pswGc001,1,212111[]125125=[0.000520.00041]314.921476121ssiiddKrrddm=621770/236*42.63tQFKmsmtrKt)1(t1,0011w20.14i26-0.1464(/)244.59967191040.00650.021265410（）tiwiLwPfd24996r4422ttwPZ2195.9965.12w5.12tNPNiPPPrtP220.14k111224(/)24.178=40.191.08420.031744scbkwcMNPfA2k12(20.6)24.17(20.63.7)20.0320.044774swcwbcMPNAAsccwbbkwkbbbkbRNNRPRPNRPNP)1(2])1[(1s103两台的壳程总阻力ΔPsPaΔPs,=2ΔPs2543附录阻力计算备注1.7047480920.8333333330.1以外径为准4.53.880229101见图合理1.19047619稍大与原假定值差0.42℃两台两台没有超过表2.10的规定没有超过表2.10的规定