武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书

武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书学号：01211课程设计题目船舶柴油机高温淡水冷却器设计学院能源与动力工程学院专业能源动力系统及自动化班级姓名指导教师2013年1月17日武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：能源与动力工程学院题目:船舶柴油机高温淡水冷却器设计初始条件：（1）高温淡水进口水温为：85℃；（2）高温淡水出口水温为：72℃；（3）高温冷却淡水流量为：58m3/h；（4）低温淡水进口水温为：33℃；（5）低温淡水出口水温为：45℃；（6）允许最大压力降：0.1Mpa；（7）冷却器结构类型：壳管式换热器或板式换热器任选其一。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．编制设计书1份，内容包括：（1）设计依据；（2）设计原理；（3）设计步骤；（4）热力计算过程（采用平均温差法或传热有效度_传热单元数法）；（5）阻力计算过程等。2．设计图纸（选做）：1）外形结构图（2号图纸）；2）流体流程图（3号图纸）。3.设计说明书撰写严格按照附件中的格式书写要求执行。时间安排：序号内容所用时间1熟悉设计任务书、指导书，收集资料。8学时2热力和阻力计算等16学时3换热面积计算等8学时4设计说明书整理7学时5答辩1学时合计40学时指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书摘要船舶柴油机高温淡水冷却器被广泛的应用在油轮，液化气船，集装箱船，散货船和工程船上，在船舶的航行过程中起到重要的作用。是提高船舶能源利用率的主要设备之一，随着国内对于工业企业提高能效、降低能耗要求的日趋迫切，传热系数高，抗结垢能力强，显著提高热能利用效率，实现小温差传热，节能降耗的高效换热器必将成为加快国内节能减排的利器之一。本文根据设计要求，选取一台1-2型固定管板式管壳换热器，采用逆流布置，管侧走冷流体，壳侧走热流体。采用平均温差法设计换热器，利用热平衡方程和传热方程计算传热量、传热面积。首先，假定换热系数以及管道中流体流速，根据已知条件以及相应的国家标准设计出一台结构确定的换热器；再由设计出来的换热器计算其传热系数，并与假定的比较；然后由实际的传热系数计算出所需要的传热面积，进而校核传热系数、传热面积、管程和壳程的压力降。学习、研究、设计换热器，能够增强对所学专业的热爱，加深对工程热力学及传热学相关知识的理解，有助于今后的理论研究。关键词：固定管板式换热器平均温差法压力降结构设计武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书主要符号表'1t高温淡水进口水温.0C1t高温淡水出口水温.0Cvq高温冷却淡水流量.3/mh'2t低温淡水进口水温.0C'2t低温淡水出口水温.0CP允许最大压力降.aMpm1t高温冷却淡水（壳程）的定性温度.0C1cp高温冷却淡水比热.0/()kJkgC1高温冷却淡水密度.3/kgm1高温冷却淡水动力粘度./(m)Ws1高温冷却淡水导热系数.0/(m)WC1Pr高温冷却淡水普朗特数2mt低温淡水（管程）的定性温度.0C2cp低温淡水比热.0/()kJkgC2低温淡水密度.3/kgm2低温淡水动力粘度./(m)Ws2低温淡水导热系数.0/(m)WC2Pr低温淡水普朗特数热损失系数Q传热量.kW12MM、高、低温水质量流量./kgs1,mct逆流时对数平均温差.0C温差修正系数mt有效平均温差.0C'K初选传热系数.20/(m)WC'F估算传热面积.2m2管程内水的流速./mstA管程所需流通截面.2mn每程管数.根l每根管长.ms管心距.mmlE分程隔板槽处管中心距.mmps平行于流向的管距.mmns垂直于流向的管距.mmnt总管子数F传热面积.2mLD管束外缘直径.mSD壳体内径.m2D管程接管直径.m2Re管程雷诺数2管程换热系数h折流板缺口高度.mls折流板间距.mbN折流板数目.块武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书Hd折流板上管孔直径.mbD折流板直径.mwgA折流板缺口面积.2mCF错流区内管数占总管束的百分比wtA缺口处管子所占面积.2mbA流体在缺口处流通面积.2mcA流体在两折流板间错流流通截面.2mSA壳程流通截面积.2m1D壳程接管直径.mmCN错流区管排数.排CWN每一缺口内的有效错流管排数.排EN旁流通道数SSN旁通挡板数.对bpF错流面积中旁流面积所占分数tbA一块折流板上管子和管孔泄露面积.2mSbA折流板外缘与壳内壁之间泄露面积.2m1Re壳程雷诺数Hj理想管束传热因子Cj折流板缺口校正因子lj折流板泄露校正因子bj旁通校正因子oj壳程传热因子SG壳程质量流速.2/()kgmSwt壳侧壁面温度.0C1W壳侧壁温下水的动力粘度./()kgmS1壳程换热系数.20/(m)WCrs水垢热阻.02(m)/WCK传热系数.20/(m)WCF传热面积.2m1wt检验壳侧壁温.0Cif管内摩擦因子2wt管侧壁温.0C2w管侧壁温下水的动力粘度./()kgmSiP沿程阻力.aPrP回弯阻力.aPNP进出口连接管阻力.aPtP管程总阻力.aPkf理想管束摩擦系数bkP理想管束错流段阻力.aPwkP理想管束缺口处阻力.aPRb旁路校正系数Rl折流板泄露校正系数Rs折流板间距不等的校正系数'SP壳程总阻力.aP武汉理工大学《工程热力学与传热学》课程设计说明书目录第1章绪论..................................................................................................................................................-1-1.1换热器的概述...................................................................................................................................-1-1.2换热器的分类...................................................................................................................................-1-1.3固定管板式换热器简介...................................................................................................................-2-1.4设计前换热器的选型以及前期的准备...........................................................................................-2-1.4.1换热器的选型........................................................................................................................-2-1.4.2壳程流体和管程流体的选取................................................................................................-3-1.4.3壳程数与管程数的选择........................................................................................................-3-第2章设计计算的基本公式和设计步骤..................................................................................................-4-2.1热计算的基本方程...........................................................................................................................-4-2.1.1传热方程式............................................................................................................................-4-2.1.2热平衡方程式........................................................................................................................-4-2.1.3平均温差................................................................................................................................-5-2.2固定管板式热交换器的设计步骤...................................................................................................-5-第3章固定管板式换热器的初步设计......................................................................................................-6-3.1原始数据...........................................................................................................................................-6-3.2确定物性参数...................................................................................................................................-6-3.2.1定性温度................................................................................................................................-6-3.2.2物性参数................................................................................................................................-6-3.3传热量及平均温差的计算...............................................................................................................-7-3.4传热面结构设计...................................