广州博格制冷设备有限公司
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第三章 换热器设计
经过前面基础理论及设计流程的学习，下面开始进行换热器的设计。
一、确定设计方案.
1.选择换热器的类型.
两流体温度变化情况，热流体进口温度140°C，出口温度40°C；冷流体进口温度30°C，出口温度40°C。该换热器用自来水冷却煤油，考虑到清洗等各种因素，初步确定为固定管板式的列管式换热器。
2.流动空间及流速的确定
由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，煤油走壳程。从热交换角度，煤油走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。选用Φ25×2.5 mm的10号碳钢管。
二、确定物性数据
定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为
T1=140°C，T2=40°C，t1=30°C，t2=40°C T=(140+40)/2=90(°C) 管程水的定性温度为
t=(30+40)/2=35(°C)
已知壳程和管程流体的有关物性数据
煤油90°C下的有关物性数据如下:
密度 ρo=800 kg/m3 定压比热容 Co=2.22 kJ/（kg·k） 导热系数 λo=0.140 W/(m·k) 粘度 μ10-4 N·s/m2 o=7.15×水35°C的有关物性数据如下:
密度 ρi =994 kg/m3 定压比热容 C i =4.174 kJ/（kg·k） 导热系数 λi =0.626 W/(m·k) 粘度 μ10-4 N·s/m2 i =7.25×
三、计算总传热系数
1.热流量
m0=10×104×103/(330×24)=12626.26(kg/h) Q0= m0CoΔto=12626.26×2.22×(140-40) =2.8×106 kJ/h=778.62(kw) 2.平均传热温差
?t?m=(Δt1-Δt2 )/ ln(Δt1/Δt2) =[(140-40 ) -(40-30 )]/ ln[(140-40 )/ (40-30 )] =39(°C) 其中Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1。 3. 水用量-
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Wi =Q0/(C iΔti)=2.8×106/[4.174×(40-30)]=67154.6kg/h=18.65kg/s 平均温差R?T1?T2t2?t1=
140?4040?30=10
P?t2?t1T1?t1=
40?30140?30=0.091
选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图11可得??t=0.82。
?=39×0.82=32°?tm???t??tmC
管子规格?25?2.5，L=3m。 管束排列方式：正三角形排列。
一壳程四管程三角形管束排列方式K1?0.175，n1?2.285。
四、传热面积初值计算
取总传热系数K=500W/(m2 ?°C) F?QK?tm?778.62?10500?323=48.7m2
?3一管子面积 F1??diL???20?10?3=0.1884m2
管子数 Nt?FF1?48.70.1884=258
管子中心距 t?1.25do=1.25×25=31.25mm，取t=32mm
NtK1?1n1管束直径 Db?d0?(中心一行管束 Nr?Dbt)?25?(2580.1751)2.285=609mm
60932=1
五、管侧传热系数
估计壳体壁温Tw
假设冷凝给热系数为1000W/(m2?K)。 平均温差：
壳程平均温度：T=(140+40)/2=90(°C)
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管程平均温度：t=(30+40)/2=35(°C)
则（90-Tw ）?1000=（90-35）×500 得：Tw =62.5°C 平均冷凝温度Tcm?90?62.52C ?76.2°
76.2°C时煤油物性：
密度 ρo=825 kg/m3 定压比热容 Co=2.22 kJ/（kg·k） 导热系数 λo=0.140 W/(m·k) 粘度 μ10-4 N·s/m2 o=9×
12626.26?h??33600.26?41?12626.50?10-3
=4.5×10kg/(s?m) L?Nt3?260?3600258M Nr?23?19?13
?g??h21?o?0.95??()?Nr3?1/6?0.95?0.14?(825?9.819?10?42?4.5?10)?31/3?13?1/6=1024.6W/(m?K)
2
与假设值接近，不需重新假设冷凝给热系数。
六、管内给热系数
管截面积 A1?管内流速 u??4?di?2Nt4??4?(20?10?3)?22584?0.020m
2
Wc??A1?18.65994?0.0200.8?0.94(m/s)
?i?4200(1.32?0.02t)?u/di0.2?4200?(1.32?0.02?35)?0.940.8/200.2?4435(W/(m?K))
2七、传热核算
取水的污垢热阻为Rsi=3.44×10-4 m2?K/W 煤油污垢热阻为Rso=1.72×10-4 m2?K/W 管壁导热系数为λ=45 W/(m?K)
则
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K?1do?i?di??Rsidodi?b?do??dm?Rso?1?o12.5?10?325?10?3?34435?20?102?3.44?10?4?2520??25?10?3?345?22.5?10?1.72?10?4?11024.6比假定K值相
?523（W/(m?K))近，试差结束。
八、壳侧压力降
1）折流板计算
DS=Db+16=609+13=722mm
取DS=600mm
折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。则圆缺高度为： H=0.25×600=150mm 取标准圆缺高度为mm
折流板板间距为B=0.3DS=0.3×600=180mm 取折流板板间距为200mm
折流板数NB=L/B-1=3000/200-1=14 2)用Kern's法计算压降 管子横截面积 As?t?d0t?Ds?B?32?2532?600?200?10?6?0.02625(m)
212626.26则壳侧质量流速 则Gs?MOAS?36000.02625?133.6(kg/(s?m))
2 壳侧流体流速 us?GS?O1.10do?133.6825?0.16(m/s)
壳体当量直径 de?(t?0.917do)?221.1025(32?0.917?25)?19.8mm
22雷诺数Re?Gs?de?i?133.6?19.8?109?10?4?3?2939.2
-2
查壳侧阻力因子图得jfo=5.9×10
L??us??0.14取???w，忽略粘度得影响，应用进口流速，其压降为式?PS?8jfo?的50%。而 ???()deB2?wDS2张敏 020-82570340 15202005157 gzburg@126.com
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L??us??0.14?PS?8jfo????()deB2?wDS?8?5.9?10?2265.6Pa?22?60019.8?3200?10?3825?0.16
?22则壳压降为1.14kPa
九、管侧压降计算
雷诺数Re?uidi?i?i?0.94?20?107.25?10?3?4?994?25755
查壳侧阻力因子图得jfi=3.6×10-3 管压降
????u2L??m?Pt?NP?8jfi??()?2.5??d?2iw???4?(8?3.6?10?11980Pa?12kPa?3?320*10?3?2.5)?994?0.9422
十、裕度计算
所需换热面积 F0?QK?tm?778.62?10523?323?46.5m
2实际换热器面积
F1?F0F0F1??d0?L?(Nt?Nr)?3.14?25?10?3?(3?0.06)?(258?29)?52.85m
2面积裕度H??100%?52.85?46.546.5?100%?13.7%
传热面积裕度合适，该换热器能够生产任务。
十一、冬季因素考虑
考虑到冬天冷水进口温度降低，假设进口温度为10°C，则以上所需实际换热面积更改。 1.热流量
m0=10×104×103/(330×24)=12626.26(kg/h)
Q0= m0CoΔto=12626.26×2.22×(140-40) =2.8×106 kJ/h=778.62(kw) 2.平均传热温差
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各种换热器设计详细说明书--原稿
