《管壳式换热器设计》课件.pptVIP

**********************管壳式换热器设计管壳式换热器是一种广泛应用于工业生产中的重要设备。了解其设计原理和关键参数有助于提高换热器的性能和运行效率。M课程目标深入理解掌握管壳式换热器的基本结构、工作原理及主要性能参数。全面掌握学习管壳式换热器的设计计算方法,包括热负荷、传热系数和压降等。独立应用能够独立完成管壳式换热器的流道设计、材料选择和工艺制造等工作。综合提升提高学生的工程设计能力和解决实际问题的能力。管壳式换热器的基本结构管壳式换热器由管束、外壳和管板等主要结构件组成。其中管束由多根平行排列的管子组成,能够容纳一种流体在管内流动。外壳则用于容纳另一种流体,并将两种流体隔离开来。管板负责固定管束并将管内流体和外壳内流体分开。这种结构设计能够实现两种流体之间的热量交换,是一种常见的换热设备。管壳式换热器的工作原理1热量传递管壳式换热器通过管内和壳内两种流体之间的温差实现热量传递。2流体流动壳内流体绕过管束进行流动,管内流体沿管长流动。3温度梯度由于流体温差,整个换热器存在一个温度梯度。4传热过程通过热传导、热对流等传热机理,实现热量从高温流体向低温流体的传递。管壳式换热器通过壳内和管内两种流体之间的温差驱动,利用热量传导和对流的传热机理,将热量从高温流体转移到低温流体中,实现了热量交换。流体的流动方式和温度梯度分布是该类换热器设计的关键因素。管壳式换热器的主要性能参数100+传热面积冰球场大小的传热面积10~100热负荷可处理大功率热能负荷50热效率可达50%以上的热量利用效率1~10压降可控制在1-10kPa的合理压降范围内管壳式换热器的流动分类并流式流体在热交换器内同向流动,温度差最大。适用于热交换有较大温度差的场合。逆流式流体在热交换器内反向流动,温度差最小。有更高的热交换效率,适用于需要更高温度差的场合。交叉流式流体在热交换器内相互垂直流动,中间温度差相对较小,适用于较小温差的场合。混合流式流体既有并流又有逆流的流动特点,在某些场合下可以兼顾热交换效率和温差。管壳式换热器热负荷计算1确定热量传递需求根据装置的具体工艺需求和设计参数,首先确定换热器需要传递的热量。这是计算的出发点。2选择流体参数根据热量传递需求,选择适合的冷热流体及其流量、温度等参数。这决定了换热器的整体规模。3计算传热热量采用热平衡方程,根据流体参数计算出换热器实际传递的热量。这是换热性能的关键指标。管壳式换热器传热系数计算确定流体性质根据流体的温度和压力条件，查阅物性表获取密度、粘度、导热系数等参数。计算流体流动状态通过雷诺数确定流体的流动状态，是层流还是湍流。选择传热系数相关公式根据流体流动状态选择合适的传热系数计算公式，如纳塞尔特公式等。计算传热系数将前面获取的参数代入公式中计算出管内和管外的传热系数。确定总传热系数根据管壳式换热器的结构特点，计算出总的传热系数。管壳式换热器压降计算1管程压降根据Darcy公式计算2壳程压降参考Kern公式确定3管程-壳程联合压降综合管程和壳程压降管壳式换热器的压降计算是设计的关键步骤之一。需要分别计算管程和壳程的压降,并对二者进行综合考虑,得到换热器的总压降值。这不仅影响换热器的能耗,也关系到所需的泵功率。因此,准确的压降计算至关重要。管壳式换热器流道设计1确定流动通道根据换热器的类型和设计参数,确定热流体和冷流体的流动通道。合理设计流道的形状和尺寸,以优化流动状态。2分析流体流动利用流体动力学原理分析流体在流道中的流动特性,包括速度分布、压力损失等。3优化流道结构根据流体分析结果,调整流道的形状和尺寸,以减少压力损失,提高换热效率。管壳式换热器流通面积计算管流通面积由管径和管数确定,通常可计算为管截面积乘以管数壳流通面积由壳径、壳体长度和挡板孔径等参数确定,通常可近似计算为环形流通面积流通面积比管流通面积与壳流通面积的比值,反映了两侧流通性能的差异计算换热器流通面积时需考虑各部件的尺寸以及计算公式,以确保两侧流体能够充分接触换热表面。流通面积比的合理控制对于实现最佳热交换效果很重要。管壳式换热器流通长度计算管壳式换热器的流通长度是指换热介质在换热器中的流动路径长度。这个参数对于换热器的传热性能和压降有重要影响。管程流通长度主要由管长决定,壳程流通长度则受管径、布置方式等因素影响。合理设计流通长度可优化换热器性能,降低能耗。管壳式换热器管径选择管径尺寸对照根据工艺要求和流量计算结果，选择合适的标准管径。常见尺寸有DN15、DN20、DN2