低粘度液体清水200～450液体层流根据表3-3初选传热系数K0=240W/(m2.℃)由以上的计算结果及已知条件可以估算出传热面积：F'?Q928.00?1000??85.1412m2'K0?tm240?45.4149 （13） '式中F表示估算的传热面积；K0表示初选传热系数；Δtm表示有效平均温差；Q表示传热量。由于85.1412㎡面积过大，所以需要两台换热器，才能符合工业设计要求。实际的传热面积要考虑一定的裕度，此换热器考虑的裕度为10%。则一台换热器面积为51㎡。9第五章 管壳式换热器结构计算5.1换热管计算及排布方式 管子构成换热器的传热面，它的材料应根据工作压力、温度和流体腐蚀性、流体对材料的脆化作用及毒性等决定，可选用碳钢、合金钢、铜、石墨等。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面的金属秏量更少。所哟，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用较小直径的管子。如果管程走的是易结垢的流体，则应选用较大直径管子。表4-1 换热管的规格及排列方式 /mm换热管外径×壁厚碳素钢，低合金钢25×2.519×2不锈耐酸钢25×219×2正三角形3225排列形式管心距在此，选用?25×2.5的碳钢管，采用无缝焊接工艺。管程内水流速可以在表4-2选用：表4-2热交换器内常用流速范围 m/s流体管程循环水新鲜水低粘度油1.0～2.00.8～1.50.8～1.810流体壳程0.5～1.50.5～1.50.4～1.0高粘度油气体0.5～1.55～300.3～0.82～15管程内水的流速选用ω2=1m/s。由以上计算结果可以算出管程所需流通截面:At?M2?15.8807?0.01596m2996.2?1 (14) ?2?2式中At表示管程流通面积；M2表示冷却水量；ρ2表示水的密度；ω2表示管程内水流速。根据传热管的内径和管程所需流通截面积，可以单程管数：n?4At4?0.01596??50.8192?5122?di3.14159?0.02 （15) 式中At表示管程所需流通面积；di表示传热管的内径。管子在管板上的排列方式最常见的如图4.1（a）、（b）、（c）、（d）所示四种，即正三角形排列（排列角为30度）、转角三角形（排列角为60度）、转角正方形排列（排列角为45度）、正方形排列（排列角为90度）。当管程为多程时，则需要采取组合排列。设计的换热器的管程为2，则应采取组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。 （a） （b） （c） （d）图4.1 管子的排列方式根据表4-1选取正三角形排列为管子的排列方式。表4-3换热管中心距换热管外径1920221125303235s2538264028423244385040524456lE选取管中心距s=32㎜，分程隔板槽两侧相邻管中心距LE=44㎜。由管中心距可以计算出平行于流向的管距以及垂直于流向的管距。平行于流向的管距：sp?scos30??32?3?27.713mm2 （16）垂直于流向的管距：sp?ssin30??32?1?16mm2 （17） 由管子布置图可知每程管子数为57根；由管子布置图可以计算出管束中心至最外层管中心距为0.161m。 管束外缘直径： DL?0.161?2?2?0.0125?0.347m （18） 传热管的总根数：nt?nZt?51?2?104 （19） 因换热器是按单壳程，两管程设计的，所以按两管程计算，所需传热管的长度是：F'85.1412l???5.88775mnZtd0?51?2???0.025 （20）式中d0表示管内径，d0=0.025m；Zt=2表示两管程。按标准管长6m。5.2壳体内径的估算 壳体内径可以用下述公式粗估：'D?(b?1)s?2bs （21）'b?(1?1.5)d0 （22） b?1.1nt （23）12 当管子按正三角形排列时，可以按上述公式计算： Ds?(1.1nt?1)s?2?1.5d0?1.1?(104?1)?0.032?1.5?0.025?0.4508m （24）式中Ds表示壳体内径；nt表示传热管根数；s表示管中心距；d0传热管外径。计算得到的内径应圆整到标准尺寸，按照钢制压力容器标准可确定：壳体内径=0.5m。目前所采用的换热管长度与壳体直径比，一般在4～25㎜之间：长径比= l12??12Ds0.5 （25）式中l表示传热管长度；Ds表示壳体内径。所以换热器的壳体内径和管子长度符合设计要求。5.3进出口连接管直径的计算确定连接管直径的基本公式仍可用连续性方程，经简化可以用以下公式：D2?1.13 M2???1.13?15.8807?142.78mm996.2?1 （26）将（26）式结果圆整到最接近的标准管径，取?150×5。5.4折流板流动外，还有支撑管束、防止管束振动和弯曲的作用。它的装设不如纵向隔板那样困难，而且装设后可使流体横向流过管束，故此获得普遍应用。折流板的常用形式有：弓形折流板、盘环形折流板两种，弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。在弓形折流板中，流体流动中的死角较小，结构也简单，因而用的最多。而盘环形结构比较复杂，不便清洗，一般在压力较高和物料比较清洗场合。13
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