管壳式换热器传热计算示例终-用于合并

管壳式换热器传热设计说明书 设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程 1.5MPa （表压） ，壳程压力为0.75MPa（表压） ，壳程冷却水进,出口温度分别为 20℃和 50℃，管 程过冷水进，出口温度分别为90℃和 65℃管程冷水的流量为 80t/h。 2、 设计计算过程： （1）热力计算 1)原始数据： 过冷却水进口温度t1′=145℃； 过冷却水出口温度t1〞=45℃； 过冷却水工作压力P1=0.75Mpa（表压） 冷水流量G1=80000kg/h； 冷却水进口温度t2′=20℃； 冷却水出口温度t2〞=50℃； 冷却水工作压力P2=0.3 Mpa（表压） 。改为 冷却水工作压力P2=2.5 Mp 2)定性温度及物性参数： 冷却水的定性温度 t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃； 3 冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m ； 冷却水的比热查物性表得Cp2=4.174 kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃ －6 冷却水的粘度μ2=727.5×10Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得Pr2=4.865； 过冷水的定性温度t1= (t1− t1′′) == 77.5℃； 3 过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m ； 过冷水的比热查物性表得Cp1=4.192kJ/kg.℃； 过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃； 过冷水的普朗特数查物性表得Pr2= 2.312； －6 过冷水的粘度μ1=0.3704×10Pa·s。 过冷水的工作压力P1=1.5 Mpa（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为η=0.98； 设计传热量： 𝒬0= 𝐺1· 𝐶𝑝1· (t1− t1′′)η × 1000⁄3600 = 80000× 4.174× (50− 20) × 1000⁄3600 = 2727013W 过冷却水流量： 𝐺2= 𝐶𝑝2·(t2′′−t2′) 𝒬0 = 3600×751333 4.187×1000×(40−30) = 93676𝑡/ℎ； 4)有效平均温差 逆流平均温差： ∆tcount (t 1′ − t2′′) − (t1′′− t2′)(90− 50)− (65 − 20) === 42.45℃ 90− 50t1′− t2′′ 𝑙𝑛𝑙𝑛 ′′65 − 30t1− t2′ 根据式（320 ）计算参数 p、R: 参数P： t2′′− t2′50 − 20 P = ′ == 0.429 t1− t2′90 − 20 参数R： t1′− t1′′90 − 65 R = ′′ == 0.833 t2− t2′50 − 20 换热器按单壳程 2 管程设计，查图 3—8 得温差校正系数 Ψ =0.83； 有效平均温差： ∆t𝑚= 𝛹∆t𝑁= 0.92× 42.45 = 40.2℃ 5)管程换热系数计算： 附录 10，初定传热系数K0=400 W/m.℃； 初选传热面积： 𝐴0= 𝒬0 𝐾0·∆t𝑚 = 751333 400×40.2 = 169.59 m ； 2 选用φ25×2.5 无缝钢管作换热管； 管子外径d0=0.025m； 管子内径di=0.025-2×0.0025=0.02 m； 管子长度取为l=3 m； 管子总数： 𝑛 = 𝜋·𝑑 0 ·l = 𝜋×0.025×3 = 720取 720 根 0 𝐴169.59 管程流通截面积： 𝐴𝑡= 管程流速： 𝑤2= 𝜌 管程雷诺数： Re2= 𝜌2·𝑤2·d μ2 𝐺2 2 ·𝑎2 𝑛𝑡 2 2 · 4 · 𝑑𝑖= 𝜋352 2 · 4 · 0.022= 0.11309m2 𝜋 = 976×0.11309×3600 = 0.23575m/s ×3600 93676 = 976×0.23575×0.02 370.4×10−6 = 12423≫ 104湍流 管程传热系数： （式 3-33c） 3605 · (1+ 0.015t2)𝑤20.83605(1+ 0.015× 77.5)× 0.235750.8 α2== (100𝑑 𝑖)0.2 (100× 0.02)0.2 = 1186𝑊/(𝑚2• °𝐶) 6)结构初步设计： 布管方式见图所示: 管间距s=0.032m（按 GB151,取 1.25d0） ； 管束中心排管的管数按 4.3.1.1 所给的公式确定： 𝑁𝑐= 1.1√𝑁𝑡= 1.1 · √720 = 29 取 20 根； 壳体内径： D𝑖= 𝑠(𝑁𝑐− 1) + 4𝑑0 =0.032 × 28 + 4 × 0.025 = 0.9m 取 Di=0.7m； 长径比： 布管示意图 l/D i=3/0.9=3.3 ，合理 选定弓形折流板 弓形折流板弓高：h = 0.2D𝑖= 0.2 × 0.9 = 0.18𝑚 折流板间距：B = D𝑖/3 = 0.9/3 = 0.3m 折流板数量：𝑛𝐵= 𝑙⁄𝐵 − 1 = (3/0.9) − 1 = 12 折流板上管孔直径由 GB151-2014 可确定为 0.0254mm 折流板直径由 GB151-2014 可确定为 0.6955m 7）壳程换热系数计算 壳程流通面积： 根据式(361) 中流体横过管束时流道截面积 d o 0.025 A c1 BD i1    0.233  0.61    0.046 s0.032  m2 壳程流速： 𝑤1= 𝐺1/3600 𝜌1·𝑓 1 = 12000⁄3600 992.9×0.046 = 0.0.4865 m/s； 壳程质量流速： 2 𝑊 1 = 𝜌 1 · 𝑤1= 992.9 × 0.4865 = 483.05kg m /s； 壳程当量直径： 𝐷𝑒= 𝐷𝑖2−𝑁𝑡·𝑑02 𝑁𝑡·𝑑0 = 0.92−720×0.0252 720×0.025 = 0.02m； 壳程雷诺数： Re2= 𝜌2·𝑤2·d μ2 = 992.9×0.4865×0.02 370.4×10−6 = 26082； 切去弓形面积所占比例按 h/D i=0.2 查图 4-32 得为 0.145 壳程传热因子查 图 3-24 得为js=20 管外壁温度假定值tw1′=45℃ 壁温过冷水粘度𝜇𝑤1= 0.549 × 10−3 Pa.s 粘度修正系数： 𝜇10.140.3704× 0.14 𝜙1=== 0.9206 𝜇𝑤10.549103 根据式（362 ）计算壳程换热系数： 𝜆10.624 α1=· 𝑝𝑟1⁄3· 𝜙 · js =× 2.3121⁄3× 0.9324× 20 = 758 𝑑𝑒0.0307 8）传热系数计算： 2 水侧污垢热阻：r2=0.000344m .℃/w 管壁热阻 r 忽略 总传热系数： 𝐾 𝑗 = 1 1𝑑1 𝑑0 + 𝑟 1 + 𝑟 2 0+ α1𝑑𝑖α2𝑑𝑖 1 = 10.02510.025 + 0.000344+ 0