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第三章 管壳式换热器 江苏大学能动学院 2008. 5 管壳式换热器的热工计算 一、传热系数的确定 b）管外对流换热系数 管壳式换热器的流动阻力计算 二、管壳式换热器的流动阻力计算 管壳式换热器的流动阻力计算 2.壳程压降?ps 管壳式换热器的总体设计 一、流体空间的布置 * K-传热系数，W/(m2?°C) ai-管内侧对流换热系数，W/(m2?°C) ao-管外侧对流换热系数，W/(m2?°C) A0-管外侧换热面积，m2 Ai-管内侧换热面积，m2 Am-馆内外平均换热面积， m2 l-管壁导热系数，W/(m?oC) d-管壁厚度，m ro-管外污垢热阻， (m2?oC)/ W ri-管内污垢热阻， (m2?oC)/ W 1. 换热系数的确定 1）流体无相变 a）管内对流换热系数 Re104 换热器内流体的流动状态一般按湍流设计，对于层流/过渡流的流体其换热特性数的可参照有关资料。 流体被冷却时n=0.3，流体被加热时，n=0.4 壳程无折流板 非圆形截面内流动时以当量直径de作为定性尺寸代替管内径。 正方形排列 正三角形排列 s-管间距，m do-管外径，m 壳程有折流板（圆缺形） （Donohue法） （Kern法 ） umax为距离中心线最近的管排处流体的最大流速，m/s。 其它排列的管束及不同圆缺百分数的折流板 ，采用Re与jH的关系线图 Re与jH的关系线图 Kern传热因子jH 2）流体有相变 a）冷凝传热 水平管外冷凝的传热系数 Nt-总管数 m-垂直的列数。 竖管外冷凝传热系数 式中，4G/μl=Re。 b）沸腾传热 Cs-管子材质系数 F-管子表面状态参数 Gls-液体的质量流速， kg/(m2?s) W-每根管的蒸发量，kg/s L-蒸发管长，m Ao-每根管的外表面积，m2 s-液体的表面张力，N/m p为沸腾压力，Pa 水平管外沸腾 垂直管外沸腾 3） 传热因子jH的修正 贝尔法：假定全部壳程流体以纯错流形式流过理想束，计算出理想管束的传热因子，引入各项修正因子，得出实际传热因子。 修正因子：折流板缺口校正、折流板泄漏校正、旁路、低雷诺数时逆向温度梯度。 根据理想管束传热因子jH与Re数的线图，查得jH Gs-壳程质量流速，kg/(m2?s) 壳程传热因子j0 jc-折流板缺口校正系数 jb-管束旁路校正 j1-折流板泄漏校正 js-换热器进、出口折流板不等距校正因子 jr-逆向温度梯度（Re100） 一、管壳式换热器允许的压力降范围 换热器的操作压力，MPa 允许的压力降，MPa p0.1（绝对） ?p=0.1p p=0~0.1（表压） ?p=0.5p p0.1（表压） ?p0.05 换热器内流动阻力引起的压降（管程、壳程），是衡量运行经济效果的一个重要指标。 流动阻力：流体具有粘性，流动时存在内摩擦。流动阻力的大小与流体的物理性质、流动状况以及壁面的形状等因素有关。 换热器中流动阻力包括二部分，即流体与壁面的摩擦阻力；流体在流动过程中，由于方向改变或速度突然改变所产生的阻力。 1.管程压降?pt ?pl 流体流经直管因摩擦损失阻力引起的压降 ?pr 流体流经弯管因摩擦损失阻力引起的压降 ?pn 流体流经管箱进出口的压降引起的压降 Ft 结构校正参数，无因次。对Φ25×2.5mm的管子，取1.4；对Φ19×2mm的管子，取1.5。 Np 管程数 Np 串连的壳程数 壳程无折流板 壳程压降按流体流经直管部分的压降公式计算，但特征尺寸应取当量直径计算。 壳程有折流板 流体在管外的流动为平行流与错流的耦合，流动复杂，设计时参照贝尔流路分析法。假定全部壳程流体都是以纯错流的方式通过一理想管束，得到计算公式，然后在通过引入泄漏和旁流因子进行修正。 壳程压降=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 理想错流段 理想缺口段 Re≥100 Re100 实际壳程压降 R1-泄漏修正因子，Rb-旁路修正因子，Rs-折流板间距不等修正因子 Nb-折流板数目，Nc为错流区管排数，Ncw为缺口区管排数 管侧： （1）污浊或易产生分解物的流体； （2）压力高的流体； （3）有腐蚀性的流体； （4）温度很高或很低的流体。 壳侧： （1）比容大的流体 ； （2）粘性较大的流体 ； （3）换热系数大的流体 ； （4）蒸汽。 *