板式换热器设计计算与校核计算

1题目：板式换热器设计及其选用目录一、说明书·············································2二、设计方案·············································3三、初步选定·············································4（1）已知两流体的工艺参数（2）确定两流体的物性数据（3）计算热负荷和两流体的质量流速（4）计算两流体的平均传热温差（5）初选换热器型号四、验证·············································6（1）算两流体的流速u（2）算雷诺数Re（3）计算努塞尔特数Nu（4）求两流体的传热系数α（5）求污垢热阻R（6）求总传热系数K，并核算五、核算·············································7（1）压强降△P核算（2）换热器的换热量核算六、结论·············································7七、设计结果·············································8八、附录·············································9表1：板式换热器的污垢热阻图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数九、参考文献·············································92一、说明书现有一块建筑用地，建筑面积为12500m2，采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃，出口的温度为75℃；循环水进入板式换热器的温度为65℃，出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293kJ／(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略）已知的工艺参数：二、设计方案(1)根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；(2)参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热面积S，根据已知数据初选换热器的型号；住宅建筑面积（m2）12500供暖面积热强度（kJ／(m2·h)）293流体名称高温水循环水进口温度（℃）10065出口温度（℃）7590压强降（kPa）≤100≤1003(3)运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求；(4)参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻；(5)根据式2211111RRKOO求得流体的总传热系数，该值应不小于初设的总传热系数，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；(6)如果大于初设值，则再进一步核算两流体的压强降和换热量，是否满足设计要求，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；(7)当所选换热器均满足设计要求时，该换热器才是合适的。三、初步选定（1）已知两流体的工艺参数高温水t1´=100℃t1〞=75℃△P1≤100kPa循环水t2´=65℃t2〞=90℃△P2≤100kPa（2）确定两流体的物性数据高温水的定性温度为：Ct5.872751001循环水的定性温度为：Ct5.77290652根据定性温度，分别查取两流体的有关物性数据：①热的一侧（高温水）在87.5℃下的有关数据如下：密度ρ1=970.17kg／m34定压比热容cp1=4.196kJ／(kg·℃)导热系数λ1=0.67425W／(m·℃)流体运动黏度ν1=0.355×10-6m2／s普兰特数Pr1=2.145②冷的一侧（循环水)在77.5℃下的有关数据如下：密度ρ2=976.3kg／m3定压比热容cp2=4.18kJ／(kg·℃)导热系数λ2=0.669W／(m·℃)流体运动黏度ν2=0.4205×10-6m2／s普兰特数Pr2=2.465（3）计算热负荷和两流体的质量流速热负荷：)(1.1017361366250012500293WhkJqAQ高温水质量流速：)(34914196.47510036625001111hkgcttQwp循环水质量流速：)(34972189.4659036625002222hkgcttQwp（4）计算两流体的平均传热温差对数平均温度差：Ctttm1026575901002minmax循环水的传热单元数：1106575minminmttNTU由图1查得，取：Ф=0.942，则平均传热温差：Cttmm42.910942.0（5）初选换热器型号根据两流体情况，假设K´=3100W／(m2·℃)，故：传热面积：28.3442.931001.1017361mtKQSm5由换热器系列标准中初选BR0.3型板式换热器，有关工艺参数如下：换热面积So=35m2流程组合逆流242242单板换热面积Ao=0.368m2单流道截面积Aε=0.0013392m2当量直径de=0.0072m板片厚度δo=0.0008(材料为18.8不锈钢)传热和压降计算关联式如下：)4.03.0(64.0PrRe349.0或Nu886.0695.0Re44329Re107744::EuEu扩张流道压缩流道若采用此换热器，则要求过程的总传热系数K≥3100W／(m2·℃)。四、验证（1）算两流体的流速u：高温水流速：smAnwu311.00013392.024360017.9703491436002111循环水流速：smAnwu31.00013392.02436003.9763497236002222（2）算雷诺数Re：5545104025.031.00072.0Re630710355.0311.00072.0Re62261112ududee（3）计算努塞尔特数Nu：7.125465.25545349.0PrRe349.06.119145.26307349.0PrRe349.04.0641.04.02641.0223.0641.03.01641.011NuNu（4）求两流体的传热系数α：高温水传热系数：CmWdNue2111112000072.067425.06.119循环水传热系数：CmWdNue2222116790072.0669.07.1256（5）求污垢热阻R：参考表二选取两流体的污垢热阻为：WCmRR24211045.0（6）求总传热系数K，并核算：在板壁热阻和热损失可以忽略时，总传热系数为：CmWRRKOO24422117.31841167911045.03.160008.01045.01120011111计算表明，K大于选择该型号换热器的初设值K´=3100W／(m2·℃)，故初选的BR0.3型板式换热器是合适的，满足设计要求。五、核算（1）压强降△P核算：热侧流道为流体压缩流道，冷侧流道为流体扩张流道5.2165545449329Re4493293.2466307107744Re107744886.0886.022695.0695.011EuEu高温水压强降：122111116.46223311.017.9703.2462PPauEumP循环水压强降：222222221.4062531.03.9765.2162PPauEumP计算表明，高温水和冷却水的压强降均满足设计要求。（2）换热器的换热量核算：WtKSQm6.104999542.9357.3184而实际设计要求的热负荷量为：Q=1017361.1W即：Q´Q故，换热器的换热量满足设计要求。六、结论7通过计算表明，所选的BRO.3型换热器满足该住宅地用于高温水加热暖气循环水的设计要求。（板壁热阻和热损失可以忽略的情况下）。七、设计结果换热器型式：BRO.3型板式换热器板式换热器构造：1——前支柱；2——活动压紧板；3——上导杆；4——垫片；5——板片；6——固定压紧板；7——下导杆；8——压紧螺柱、螺母。换热面积（m2）：35流程组合：逆流242242单板换热面积（m2）；0.368单流道截面积（m2）：0.0013392当量直径（m）：0.0072板片厚度（m）：0.0008材料：18.8不锈钢工艺参数名称热侧冷侧物料名称高温水循环水操作温度（℃）100/7565/90流量（kg/h）3491434972流体密度（kg/m3）970.17976.3流速（m/s）0.3110.31传热量（W）1049995.6总传热系数（W/（m2·℃））3184.7对流传热系数（W/（m2·℃））1120011679污垢系数（（m2·℃）/W）0.45×10-40.45×10-4压强降（Pa）46223.640625.18八、附录表1板式换热器的污垢热阻（m2·℃）/W图1多程流程组合的对数平均温差修正系数九、参考文献(1)《板式换热器工程设计手册》（重排本）杨崇麟主编.北京：机械工业出版社，1998；(2)《板式换热器的设计与应用》[J]刘相宜.山东能源，1989年（4）：1—5。(3)《换热器设计手册》（第三卷）[M]E.U.施林德尔.马庆芳等译.北京：机械工业出版社，1988；(4)《换热器设计手册》钱颂文等译.北京：化学工业出版社，2002；(5)《热交换器设计手册》（下册）[M]尾花英朗[日].北京：石油工业出版社，1981；(6)《热交换器原理与设计》史美中、王中铮.东南大学出版社，1996.11；(7)《换热器原理及计算》[M]朱聘冠.北京：清华大学出版社，1989；(8)《机械设计课程设计》巩云鹏.东北大学出版社，2000.12.(9)《传热学》[M]杨世铭.北京：人民出版社，1981；(10)《换热器》（中册）[M]兰州石油机械研究所主编.北京：烃加工出版社，1988；9换热器中文名称：换热器英文名称：heatexchanger其他名称：热交换器定义：将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。应用学科：航空科技（一级学科）；航空安全、生命保障系统与航空医学（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片10换热器换热器（英语翻译：heatexchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理分类1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。3、流体连接间接式换热器11流