浅谈强化列管式换热器传热效率.doc

安徽职业技术学院毕业论文 论文题目：———————————————————— 所属系部：———————————————————— 专 业：———————————————————— 姓 名：———————————————————— 班 级：———————————————————— 学 号：———————————————————— 指导老师：———————————————————— 完成日期：———————————————————— ?摘要:?列管式换热器传热方式是热传导和对流传热同时进行的，本文通过Nusselt?准数关系式、Ｒeynolds?准数关系式、Prandtle?准数关系式等对影响传热系数因素－?换热器结构、流体物理性质和污垢热阻等进行分析。以便在设计过程中合理调整结构参数使换热器获得最佳性能。????关键词:?列管换热器;?传热系数;?对流传热;?强化传热????中图分类号:?TQ051.?5?文献标识码:?A?文章编号:?1001?－?9677(?2013)?17?－?0161?－?03????管壳式换热器也称列管式换热器，是一种以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器具有结构坚固、适应性强、选材广、易于制造及成本低等优点，在炼油、石油化工、医药、化工以及其他工业中广泛运用，他适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各方面［1］。本文通过对影响传热系数的因素－?换热器结构、流体物理性质和污垢热阻等进行分析，以便在设计过程中合理调整结构参数使换热器提高化热性能，在换热器使用过程中合理维护防止换热性能恶化。????1·?传热系数????传热速率方程式［2］:????Q?=?AKΔtm(?1)????式中:?Q———传热速率(?冷、热负荷)?，W????A———传热面积，m2????K———总传热系数，W·?(?m2·℃)?－?1????Δtm———平均温差，℃????在传热量Q?和冷、热流体温差确Δtm的情况下，设法提高传热系数K?可减小传热面积A，即减小换热器的结构尺寸，这一点在工程应用上有重要经济意义。????在绝大部分的化工操作中，两个传热流体是不相互混合的，两流体间的传热是通过管壁进行的。热流体向冷流体传递热量需经过三个过程。即热量通过层流底层的传热过程，热量通过间壁传热的过程，以及热量通过冷流体的层流底层的传热过程［1］。在化工操作过程中，随着时间的推移，作为冷、热流体的介质往往会在传热间壁的两边结垢，这种污垢的存在会影响传热。由于污垢的厚度和导热系数难以获得，因此，在工程一般用一个系数(?污垢热阻)?来计污垢对传热的影响。故传热系数可以用下式计算: 2?·传热系数的影响因素????Nusselt?准数关系式:????????对于一定的传热面和流动情况，当Ｒe?和Pr?确定后，强制对流式的Nu?也就被决定。强制湍流下对流传热系数的准数关系式［2］:???? ??2.?1?列管换热器结构????对流传热是流体主体中的对流和层流底层中的热传导的复合现象。任何影响流体流动的因素(?引起流动的原因、流动型态和有无相变化等)?必然对对流传热系数有影响［2］。Ｒeynolds准数表示惯性力和粘滞力之比，是表征流动状态的准数。????????2.?1.?1?换热管规格????换热管可选择外径规格在Φ14?～?Φ57?mm?之间标准管。由于小直径换热管具有单位体积传热面积大，换热器结构紧凑，金属耗量少，传热系数高的特点，在换热器结构设计中，对于管程介质清洁、不易结垢的介质，采用小管径管束能有效增加换热面积。在换热面积相同条件下，采用Φ19?mm?管束比采用Φ25?mm?管束提高流体流速约30%，从而增加了湍流程度。????2.?1.?2?管子布局????标准换热器设计规范中规定了四种排列角度。30°和60°排列紧凑，相同壳径下可获得较大传热面积，具有较高的换热系数，但压降较高，且不利于机械清洗。而45°和90°排列适用于需要机械清洗的场合，且压降较小。从传热效果及压降角度分析90°?＞?45°?＞?60°?＞?30°，其中30°和45°使用较多，采用30°排列可以比45°多排列约17%的换热管［3］。根据换热器设计规范要求，管间距t(?mm)?不应小于1.?25?倍管外径，常用的管间距有25?mm(?Φ19)?和32?mm(?Φ25)?。????2.?1.?3?管程数???? 为增加换热面积，必须增加换热管数量N，而介质在管束中的流速随着换热管的增加而下降，结果反而是流体的传热系数降低，故增加换热管不一定达到所需换热要求。因此要保持流体在换热管束中较大流速可将管束分成若干程数，使流体依次通过各程换热管，以增加流体流速，提高对流传热系