第二章管壳式换热器.ppt

Principia and Design of Heat Exchanger Device 热交换器原理与设计 山东大学·能源与动力工程学院 杜文静 第二章 管壳式换热器 一．管壳式热交换器的结构计算 结构计算的目的在于确定设备的主要结构参数和尺寸，包括： (1) 计算管程流通截面积，包括确定管子尺寸、数目、管程数，并选择管子的排列方式等； (2) 确定壳体直径； (3) 计算壳程流通截面积，包括折流板类型； (4) 计算进出口连接管尺寸。 1. 管程流通截面积 基于连续性方程，质量守恒方程 ?所需管子数 问题: 怎么确定管程的流速？ ?tube length 换热器的管子长度和壳体直径之比一般在4~25之间，通常是 6~10。 如果管长过长，则应做成多流程的热交换器。 Zt: 管程数 2. 壳体直径的确定 下述公式可用来粗估内径： 将计算数值圆整到标准尺寸?根据 GB151-1999 中相关标准进行选择。 3. 壳程流通截面积的确定 a. 纵向隔板，要确定其长度。 采用连续性方程。 标准： 使流体在纵向隔板转弯时的流速与各流程中顺管束流动时速度基本相等。 问题: 怎么确定壳程流速？ b. 弓形折流板，要确定其缺口高度。 标准： 流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积相接近，以免因流动速度变化引起压降。 问题：弓形缺口处的流速如何来计算？ c. 盘环型折流板 标准： 每个位置的速度都应和其他位置接近。 4. 进出口连接管 基于连续性方程 需将计算得到的管径，圆整到最接近的标准管径。 二．管壳式热交换器的热力计算 1．总传热系数 gi internal fouling resistance 管内壁的污垢热阻 go external fouling resistance 管外壁的污垢热阻 dw thickness of tube 管壁厚度 lw thermal conductivity 管材的导热系数 d0 tube outside diameter 管子的内径 di tube inside diameter 管子的外径 dm tube mean diameter 管子平均直径 (d0-di)/ln(do/di) 2. 对流换热系数和柯尔本传热因子 复习几个无量纲温度 a: 表面传热系数； l: 特征长度； l: 导热系数 K n: 运动粘度； a: 热扩散率 u: 流体的速度； l: 特征长度； n: 运动粘度 St ??? 对流换热系数和柯尔本传热因子 Colburn heat transfer factor Colburn mass transfer factor 廷克模型 A: 管子和折流板上的管孔之间存在间隙，流体泄漏。 B: 叉流 C: 最外层管子和壳体之间存在间隙，流体泄漏。 D: 折流板和壳体之间存在间隙，流体泄漏。 E: 分程管板处的旁路。 D E 三. 压降计算，阻力计算 压降和阻力计算包括壳程和管程流体的压降和阻力计算。