管壳式换热器设计2

管壳式换热器设计热力和流动设计计算设计计算公式和曲线•一、传热基本方程式mtKFQCm)KmW/J/s22，乘以板片组合校正系数对数平均温差—传热平均温差，等于——换热面积，—（—总传热系数，—传热量，式中：mtFKQ设计计算公式和曲线•二、热负荷计算式•a.单相换热•b.相变换热)('ttCqQpmC)Kkg/(Js/kg'进出口温度，—分别表示某流体—和—流体比热容，——流体质量流量，—ttCqpm)ii('mqQJ/kgii'出口比热焓，—分别表示某流体进—和xrmqQ)ix(i'mqQkg/Jrx—汽化潜热，——蒸汽干度；—设计计算公式和曲线•若考虑换热器对外界环境的散热损失Qc•热流体放出的热量Q1将大于冷流体所吸收的热量Q2•一般情况下Qc很难估计，工程上常用热损失系数ηc加以估计•一般ηc=0.97~0.98cQQQ2112QQc设计计算公式和曲线•三、总传热系数计算式mwoioioioioAAAArrAAK)()(111C)mW/mm,C)/Wm,C)mW/C)mW/222i22（，—管壁材料的导热系数——管壁厚度，—平均传热面积，—换热管管内和管外的—传热面积，—换热管的外表、内表—体污垢热阻，（—分别为管外、管内流—（，—管内流体传热膜系数—（，—管外流体传热膜系数—wmiooiomAAArr工业流体的污垢热阻可见《管壳式换热器GB151-1999》附录F设计计算公式和曲线•四、传热平均温差计算式minmaxminmax2lntttttm部温差的大值和小值逆流换热时冷热流体端—和数，查图表的对数平均温差修正系异于纯逆流时致冷热流体流动方向有随不同的流程组合，导—，逆流时的对数平均温差—minmax:ttCtwherelm•a算术平均温差•b对数平均温差2minmax1tttmlmmtt•c传热平均温差设计计算公式和曲线•五、对流传热准则数关联式•5.1管内传热膜系数•（1.1）湍流Re10000•对低粘度流体，•可应用Dittus-Boelter关联式3/18.0PrRe023.0iiiiid进行修正时，应将乘以当应用范围：0.716060,120Pr7.0,10000ReLddLdLiii为常温下水的粘度）aai,2(定性温度：流体进出口温度的算术平均值；特征尺寸：管内径设计计算公式和曲线•对高粘度流体，应用Sieder-Tate关联式14.03/18.0PrRe027.0wiiiiiid60,16700Pr7.0,10000ReidL应用范围：定性温度：除为壁温下的值外，其余为流体进口温度的算术平均值特征尺寸：管内径w设计计算公式和曲线•（1.2）过度流Re=2300~10000•当流体在管内流动为过度流时，对流传热膜系数可先按湍流的公式计算，然后把计算结果乘以校正系数8.15Re1061湍流过度流设计计算公式和曲线•（1.3）层流Re2300，可用Sieder-Tate关联式14.03/13/13/1PrRe86.1wiiLdNu100PrRe,6700Pr6.0,2300ReidL应用范围：定性温度：除为壁温下的值外，其余为流体进口温度的算术平均值特征尺寸：圆管为管内径非圆管为wAde4mm2流体浸润周边，流体流通截面积，A设计计算公式和曲线•管内对流传热膜系数也可查图求解iiiiwiiipiipiiHudCGCJRe14.03/2m,m)/()/(/)/()/(Re2i2214.03/2管内径管长，流体导热系数，管壁温度下的粘度，，流体平均温度下的粘度管内流体质量流速，管内流体流速，流体热比容，管内流体传热膜系数，iwiiipiiiiiiwiiipiipiiHdLCmWsPasPasmkgGsmuCkgJCCmWudCGCJ设计计算公式和曲线•5.2管外传热膜系数•(2.1)换热器壳程无折流板•管外传热膜系数的计算可按非圆形截面内流动时管内传热膜系数的计算式进行，此时以当量直径des作为定性尺寸代替管子内径•当管子呈正三角形排列时：ootoottesddPddPPd262641212110.13)33(4•当管子呈正三角形排列时：otootesdPddPd224227.1)(4m换热管中心距，式中：tP设计计算公式和曲线•（2.2）换热器壳程有折流板•换热器内装圆缺形挡板（弓形折流板）通常缺口面积取25%的壳体内截面积，壳程的对流传热膜系数关联式：•a.Donohue法最狭窄通道出处的速度取流体通过每排管子中出口温度的算术平均值定性温度：取流体进、特征尺寸：管外径应用范围：udCuddNuowpooow10000)2~3(Re23.0PrRe23.014.03/16.014.03/16.0设计计算公式和曲线•b.Kern法mm1101~102RePr36.06314.03/155.0换热器的壳体内径，折流板间距，式中：计算截面积根据流体流过管间最大平均值体进、出口温度的算术取壁温外，其余均取流定性温度：除特征尺寸：应用范围：ibtoibssoweweeoDlPdDlAAududd设计计算公式和曲线•c.Kern传热因子)/()/()/(m)/(m/4m),/()/(ReRe''2214.03/1smkgsmkgCmWCCkgkJCDskgmddlCDPmGsmkgGCmWGdssJCdJwoopoisesesbitsssosesswooopooesos管壁温度下的粘度，粘度，壳程流体平均温度下的壳程流体导热系数，相邻管间隙，壳程流体比热容，壳体内径，壳程质量流量，湿润周长积）轴向流动面积（自由面，当量直径，质量流速，管外传热膜系数，式中：查图求取，由mddPdmddPddootesooteses,4,464.32222正方形排列的管子：：等边三角形排列的管子的计算：设计计算公式和曲线•六、压力降计算•在设计换热器时，一般都需要验算流体流经换热器的流动阻力；流动阻力过大，则需要修改设计对液体：0.01~0.1MPa对气体：0.001~0.01MPa设计计算公式和曲线•6.1管程•（1）管程压力降由三部分组成串联的壳程数管程数的管子，取为对；的管子，取为，对结构校正因素，无因次压力降，流体流经管箱进出口的擦阻力引起的压力降，流体流过回弯管中因摩力引起的压力降，流体流过直管因摩擦阻式中sttnrLsnsptrLiNNFpppNpNNFppp1.52mm191.42.5mm25PaPaPa)(设计计算公式和曲线)2(5.1)2(3)2(222iiniiriiiiLupupudlp3m/kg(/Remms/m管内流体密度，查图或经验公式求取；为绝对粗糙度）和相对粗糙度数摩擦系数，可根据雷诺管长，管内径，管内流速，式中iiiiidldu相对较小，可忽略不计管箱进出口压力降），低压气体当压降较大时（液体适用于尼库拉则与卡门公式，（钢管或铸铁管）：顾毓珍公式，适用范围对粗糙管：顾毓珍公式，适用范围式，适用范围：对光滑管：niipPapPapddbab340.38630.326325.053102,10214.1lg21005.0)/(Re)/(.Re7543.00.01227103~103Re.Re50.00.0056103~103Re.Re3164.0101~103ReBlasius.a2000ReRe642000Re设计计算公式和曲线•（2）管内压力降关联式20.14[0.816(/)(/)0.255]2iiipfiiiwupNJld设计计算公式和曲线•6.2壳程压力降•Ⅰ无折流板、流体顺着管束流动：–壳程压力降可按流体流过直管部分的管内压力降公式计算，但特征尺寸中管内径应为当量直径desopiopiesdNDdNDd22换热管管子数目换热管外径，换热器壳体内径，式中：poiNdDmm设计计算公式和曲线•Ⅱ有折流板，流体在管外流动为平行流和错流的耦合•（1）贝尔-台华（Bell-Delaware）法•流路A-折流板管孔与管子之间的泄漏流路•流路B-错流流路；•流路C-管束外围和壳内壁之间的泄漏流路•流路E-折流板与壳内壁之间的泄漏流路•流路F-管程分程隔板处的中间穿流流路设计计算公式和曲线•对于圆缺形折流板换热器•壳程压力降=端部区错流管束压降+非端部区折流板间错流管束压降+缺口区管束压降三部分组成ewkbbbkbsccwbbkoRpNRpNRNNRpp])1[(12bkp错流区理想管束压降)114.02)(24wooocobkuNfpwkp缺口区理想管束压降)22)6.02(2wocwwkuNp:100Re:100Re)2(22622owoebotcwowowkudldpNup缺口区的有效排管数图得到错流区排管数，由排管折流板数目折流板间距，壳程管排的摩擦系数，管外流体壁温下的粘度密度，管外流体定性温度下的粘度，管外流体定性温度下的cwcbbowooNNNlfmkgmsPa/sPa3pccwplN/8.0smSupmop/,m计算的流速基于最小错流截面积距，平行于流动方向的管间)([otnootlotlibmdppdDDDlS转置正方形排列：)([ottootlotlibmdppdDDDlS正方形排列：的几何平均速度计算和平行流速度度缺口区流速，按错流速距，垂直于流动方向的管间管间距，极限排管圆直径，壳体内径，换热管外径，olocowntotliouuuppDDdmmmmmolocowuuu查图的修正因子，由折流板泄漏对压降影响流路的宽度流路数，即管程隔板所占的通道数mtbsbeFFSSSRFFN/)(FmbFFotlibpSlFNDDF]2/)([旁流所占地面积分数查图因子，由旁流对压降影响的修正bpbpbFFR2mSsb壁之间的泄漏流面积，每块折流板外缘与壳内)21(2biisbDDDS21m)21(cos2m孔之间泄漏面积，一块折流板上管子与管度；折流板切口中心角，弧折流板外径，tbicbSDlDnFdSctbetb)1(21m，缺口区管束的当量直径确定；径向间隙，按制造公差换热管与折流板管孔的etbdiocweDdFnSd)1()2/(2mSw圆缺区流通截面积，wtwgwSSS2mSwg圆缺区的总截面积，)2sin()(21[2{42iciwgDlDS2mSwt，圆缺区管子所占的面积ocwtdFnS)1(8数的百分数错流区内管子数占总管cF}2cos2]2sin[cos22{111otlciotlciotlcicDlDDlDDlDF数时对压降影响的修正系端