套管换热器湍流对流换热的数值模拟

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

1.俞接成 1.吴小华

2.刘全

摘要：为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响，笔者运用FLUENT软件，采用二维轴对称方法和K一ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟。分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能。数值计算结果表明：光管套管换热器的总传热系数K 的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好；与光管相比，在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120，但随着Re增大，其影响逐渐减小。

关键词：套管换热器；波纹管；数值模拟；强化换热

随着能源的日益紧张，人们对强化换热的研究日益重视。套管换热器是进行强化换热管性能实验研究的主要实验装置，许多强化换热管的强化换热性能都是利用套管换热器来进行的。随着计算机硬件、计算流体力学和计算传热学的不断发展，数值模拟已经成为传热学研究的一种重要方法。在强化传热管研究方面，数值模拟也被广泛应用。但在研究中，普遍的做法是取换热管的一部分，将其设置为等壁温或等热流边界条件，然后按流动与传热均已充分发展的情况来进行模拟。这样处理将无法考虑进口段对换热的影响，而且不能获得强化换热管对管外流体流动和换热的影响。如果能对整个套管换热器进行模拟，则可以获得强化换热管的整体换热性能，与实际的实验工况更为接近。目前尚未检索到有关对整个套管换热器进行数值模拟的文献报道。

笔者将尝试采用二维轴对称方法，应用FLUENT软件对在湍流情况下的整个套管换热器的对流换热情况进行数值模拟。由于FLU—ENT软件中有多种湍流模型可供选择，首先模拟了光管充分发展湍流、等壁温条件下的努塞尔数和摩擦系数，并将数值计算结果与经验公式进行比较，以确定合适的湍流模型和FLUENT软件的其他选项。然后再对光管套管换热器的换热性能进行数值模拟，比较总传热系数K 的数值计算结果与运用经验公式计算结果。在此基础上对波纹管套管换热器非换热性能进行模拟，并将其与光管套管换热器的总传热系数进行对比，分析波纹管对总传热系数K 的影响。

2 物理模型和边界条件

2.1 湍流模型的选择

在FLUENT软件中，有多种湍流模型可供选择，如志K一ε湍流模型、雷诺应力模型(RSM)等，为确定合适的湍流模型FLUENT软件中的选项，首先模拟了以水为介质、等壁温热边界、直径为20mm的光管在充分发展湍流情况下的对流换热问题，假定水为常物性，其物性参数引用FLUENT数据库中的值。分别模拟了雷诺数Re分别等于1万、2万、4万、6万、8万和1O万六种流动情况，并将数值模拟所获得的摩擦系数f和努塞尔数Nu与经验公式进行比较：

结果表明：当选用标准K一ε湍流模型，并选择强化壁面处理方式的模拟结果与经验公式最吻合，数值计算结果与经典经验公式的对比如图1所示。在Re较小(Re=1×104)时的误差相对较大，摩擦系数f和努塞尔数Nu的最大误差分别为8．94 和9．85 ，其他Re下的数值模拟结果与经验公式的误差较小。在后面对套管换热器的模拟中将采用标准K一ε湍流模型并选择强化壁面处理方式进行模拟。

2.2 物理模型和边界条件

采用二维轴对称方法对套管换热器进行模拟，分别模拟了光管和波纹管两种情况，其中换热管的长度为2 m，套管的直径为40 mm，光管直径为20 mm，波纹管的结构尺寸如图2所示。

应用GAMBIT软件对套管换热器进行建模和网格划分，不考虑壁厚的影响，整个套管换热器共划分了16万个网格，设置了管内和环形空问两个流动区域，在FLUENT软件中可分别设置为不同的介质，在本文中均设为水，并假定是常物性，管内和套管的流动为逆流。其他的边界条件为：套管壁面绝热，光管或波纹管的壁面设为耦合条件，管内或环形空间的人口设为质量流量人口，流量大小根据计算的雷诺数Re进行确定，模拟了管内和环形空间的雷诺数相等，并分别等于l万、2万、4万、6万、8万和10万六种工况，管内人口温度设为350 K，套管的人口温度设为300 K。出口均设为压力出口条件。

3 数值计算结果分析

3.1 光管套管换热器

当内管为光管时，总对流换热系数K1可分别由数值模拟和经验公式计算获得。由经验公式计算时，先由公式(1)计算管内和管外的努塞尔数Nu，进而由式(3)和式(4)计算K1，根据数值模拟时所作的简化，不考虑壁面热阻和污垢热阻。

数值模拟时，由FI UENT软件求得内管壁面的换热量Q和内管套管的出口体平均温度，求出对数平均温差△tm，然后由传热方程式(5)计算总传热系数K2：

六种工况总传热系数的数值计算结果和由经验公式计算结果的比较如图3所示，从图3中可以看出，光管套管换热器的总传热系数的数值计算结果与经验公式非常吻合，最大误差

为8．77 ，因此运用FI UENT软件，采用二维轴对称方法对光管套管换热器进行数值模拟完全能满足工程要求，为进一步应用数值模拟方法研究强化换热管的整体换热性能提供了保障，克服了以往的数值计算中只考虑对管内换热性能的研究而忽略强化传热管对管外流体流动和换热的影响。

3.2 波纹管套管换热器

用FIUENT软件对长2m、结构尺寸如图2所示的波纹管代替光管的套管换热器进行了数值模拟，FIUEN中的各项设置、模拟工况以及数据处理方法与模拟光管时相同，在各工况下波纹管套管换热器的总传热系数Kc与光管套管换热器的总传热系数Ks的比值Kc／Ks如图4所示。

从图4中可以看出，对于同样尺寸的波纹管在小雷诺数时，对换热的强化比较显著，如在Re=1×104时，相对与光管，波纹管套管换热器的总传热系数提高了120%，但随着雷诺数的增大，对总传热系数的影响逐渐减小，如当Re≥6×104后，波纹管对总传热系数的提高不超过30%，并趋于稳定。

图5是Re=20 000时，x=1m处波纹管套管换热器管内和管外流体流动的流线图，从图5可以看出，波纹管同时影响管内和管外流体的流动，在管内和管外同时形成漩涡，从而使换热得到强化。

4 结论

运用FLUENT软件，采用二维轴对称方法和标准K一ε湍流模型对湍流情况下2m长的光管和波纹管套管换热器的对流换热情况进行了数值模拟，并在近壁面选择强化壁面处理方式。数值计算结果表明：光管套管换热器的总传热系数K 的数值计算结果与经验公式计算

结果吻合很好，最大误差为8．77 %，表明运用FLUENT对套管换热器的数值模拟方法可行；与光管相比，在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%，但随着Re增大，其影响逐渐减小，其强化程度不超过30%。通过对套管换热器的整体模拟，可获得强化换热管对管内和管外换热性能的综合影响。

参考文献

[1]陶文铨．计算传热学的近代进展[M]．北京：科学出版社，2001．

[2]孟继安，李志信，过增元，等．螺旋扭曲椭圆管层流换热与流阻特性模拟分析EJ]．工程热物理学报，2002，23(增刊)：117-120．

[3]孟继安，李志信，过增元．不连续双斜向内肋强化换热管性能EJ]．化工学报，2005，56(6)：995—998．

[4]金志浩，王关晴，刘洁，等．波纹板内流体流动特性的数值模拟[J]．水动力学研究与进展A，2004，19(1)：26—30．

[5]孙东亮，樊菊芳，王良璧．内螺纹肋管内流动与传热的数值模拟[J]．工程热物理学报，2005，26(3)：483—485．

[6]孙东亮，王良璧．含扭曲带管内流动与传热的数值模拟EJ]．化工学报，2004，55(9)：1213—1218．

[7]杨世铭，陶文铨．传热学(第三版)[M]．北京：高等教育出版社，1998．

换热器换管

换热器换管施工方案

xxxxxxxx有限公司 列管式换热器 维修施工方案 编制： 审核： 批准： 施工单位（章）：xxxxxx有限公司 施工项目：列管式换热器更换管束 日期：2016年10月10日

目录 一、编制说明—————————————————————— 3 二、编制依据—————————————————————— 3 三、容器概况—————————————————————— 3 四、设备维修前准备工作————————————————— 4 五、施工过程—————————————————————— 4 六、质量保证措施———————————————————— 6 七、施工组织机构与管理—————————————————8 八、施工安全注意事项——————————————————8 九、工器具、低耗一览表—————————————————8

一、编制说明 现有6台强列管式换热器，换热管因腐蚀磨损产生泄漏需要更换。根据实际情况，拟对6台强制湍流换热器进行更换管束修理工作，为保证压力容器修理工作的顺利进行，特编制此方案。 二、编制依据 1．TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 2．GB 150.1~150.4-2011《压力容器》 3．GB/T151-2014《热交换器》 4．NB/T 47015-2011《压力容器焊接规程》 5．设计单位提供的维修改造图纸 6．原《压力容器产品质量证明书》、竣工图 三、容器概况 3.1压力容器产品数据表（共6台） （1） 产品名称换热器产品编号 产品图号压力容器类别类 设备代码换热面积㎡原制造单位xxxxx有限公司 TSxxxx 原设计单位xxxxx有限公司 TSxxxx

管壳式换热器的设计和选用的计算步骤

管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器 结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重 新计算。计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18设计条件数据

列管式换热器的设计计算

列管式换热器的设计计算 晨怡热管2008-9-49:49:33 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。 (7)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2.流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。 此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3.流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4.管子的规格和排列方法 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有 φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子。 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。系列标准中也采用这四种管长。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。 如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第

中间包湍流控制器

中间包湍流控制器 孙会菊 一重集团铸锻钢事业部炼钢分厂助理工程师，黑龙江省齐齐哈尔富拉尔基161042 摘要：在中间包内使用优化后的湍流控制器，可以改善中间包流场，降低钢中夹杂物的含量。 关键词：夹杂物、湍流器 一、前言 随着科学技术的不断发展，各相关行业对优质钢的需求量在逐年增加。近年来，各国在连铸中间包内相继采用各种控流装置以降低钢种非金属夹杂物含量，取得了一定的效果。从中间包内控流装置的发展，可划分为三个阶段：20世纪70～80年代期间，主要研究应用上挡渣堰和下导流坝的中间包控流装置；80～90年代期间主要研究应用附有导流孔的隔墙以及过滤器的中间包控流装置；20世纪90年代后期国外一些钢厂开始研究中间包内的新型控流装置—湍流控制器，并在少数国外钢铁企业开始使用。 中间包是钢水进入结晶器的最后一道冶金工序。如果钢水中的夹杂物在此工序内不被去除，那么就将进入钢坯中而成为钢中杂质、进而影响钢材的质量和性能。中间包内夹杂物去除主要是靠钢包水口注流冲击区内夹杂物相互碰撞合并长大上浮。研究表明，在中间包内设置湍流控制器可以有效地控制钢水在中间包内的流动状态，为夹杂物碰撞和上浮去除创造了良好的条件。 与其他耐火材料相比，镁质耐火材料具有向钢液中传氧少，有利于钢水脱硫和可以控制钢水回硫以及减少钢中夹杂等一系列优点。因此，选用镁质耐火材料作为中间包用湍流控制器是非常合适的。 本项目分为中间包流场优化和湍流控制器生产和使用几部分。 二、中间包流场优化研究 利用水模试验进行中间包流场优化研究，主要是确定湍流控制器的尺寸大小、在中间包内的摆放位置以及与挡墙和挡坝的配合等。 1、物理模型建立 利用相似原理，主要考虑几何相似和动力相似。试验采用有机玻璃制做中间包、长水口、挡渣堰和导流坝等，采用水模拟钢液。 试验装置如图1所示。

板式换热机组

汽水换热机组-水水换热机组，板式汽水换热机组，水水板式换热机组，山东国信专业生产汽水换热机组，水水换热机组。 山东国信工业设备有限公司所主营产品： 1.换热设备：包括换热器，板式换热器，管壳式换热器，容积式换热器，螺旋板换热器，双纹管式换热器,U型管式换热器，双纹管湍流换热器，双纹管湍流容积式换热器，浮动盘管容积式换热器，浮动盘管换热器，BRB系列不等截面板式换热器，高温汽(水)-水板式换热器，板式闭式循环水冷却器，QSS节能型组合式汽-水-水换热器，换热机组，采暖换热机组，汽水换热机组，管壳式换热机组，高效智能板式换热机组，智能双螺纹管换热机组，换热机组成套设备，热交换机组，等； 2.2.水处理设备：包括：全自动软水器，电子水处理器，水箱自洁消毒器，全程综合水处理器，旋流除砂器，反冲式除污器，全自动压差过滤器，变频电子除垢仪，旁流水处理器，高效永磁除垢器，铜银离子发生器,全自动软水器,臭氧发生器,二氧化氯发生器,成套加装置,全自动压差过滤器,快速反冲洗过滤器,Y型、T型过滤器,重点技术一曝气生物滤池( BAF),重点技术一膜生物反应器(MBR)等； 3.3.给水设备包括：消防给水设备，消防稳压给水设备； 4.4.供水设备：包括变频供水设备，气压供水设备，无负压供水设备,无塔供水设备，无负压变频供水设备，变频恒压供水设备，囊式落地膨胀水箱，等； 5.5.压力容器类：包括分气缸，分集水器，储气罐油罐，稳压膨胀罐等山东济南生产厂家！ 6.板式换热机组简介 高效智能板式换热机组是集热交换系统和热t控制、热1二调节、热计量等系统一体的全自动智能化的高效节能产品。它根据工况需求、随气象条件的变化，由中央控制器实现对一二次热网的智能控制，最终实现供热量与实际热负荷的平衡。它是集城镇集中供热(采暧、空调、生活用热水)最理想的热交换设备。该机组是由板式换热器，循环泵．补水泵，除污器，管道，阀门，仪表，变频控制系统等组成。根据用户需要可加配电子除垢仪和全自动编程系统。本机组具有传热效率高．阻力小，结构紧凑，运行可靠，操作简便直观等优点，是首选的高效节能产品。 三、板式换热机组特点 采用工控计算或智能化温度调节器使供水温度智能控制．即供水温度按程序设定可随室

换热器的传热系数K

介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是： 1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃ 饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管流速）含污垢系数0.0003。水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003 实际运行还少有保守。有余量约10% 冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃) 水水 850～1700 水气体 17～280 水有机溶剂 280～850 水轻油 340～910 水重油60～280 有机溶剂有机溶剂115～340 水水蒸气冷凝1420～4250 气体水蒸气冷凝30～300 水低沸点烃类冷凝 455～1140 水沸腾水蒸气冷凝2000～4250 轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K值通常在800~2200W/m2·℃围。

列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。 螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃围。 板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃围。 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

换热器设计计算范例

列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9

湍流大涡破碎装置的减阻研究_陈强

第13卷第4期 弹　道　学　报 Vol.13No.4 2001年12月 Journal of Ballistics Dec.2001湍流大涡破碎装置的减阻研究＊ 陈　强　唐登斌　曹起鹏 (南京航空航天大学空气动力学系,南京210016) 摘要　采用在边界层中引入控制装置的方法进行湍流减阻问题研究.着重研究了对 于正确模拟减阻过程至关重要的湍流模型,不同的模型(包括Johnson-King涡粘/雷 诺应力封闭模型和对近壁区的低雷诺数流动作修正的k-ε模型)用于NS方程的数值 模拟.计算从控制装置的上游开始,其结果更为准确可靠.为得到最佳减阻效果,分析 研究了装置的排列和参数的影响,给出了单个装置和并排双装置的典型减阻结果,并 和实验数据进行了比较. 关键词　减阻,湍流边界层,大涡破碎,湍流模型 中图分类号　V211,O357.5 飞行器(飞机、导弹等)的减阻技术研究是其设计工作的重要内容,减阻与提高飞行器的性能紧密相关.以湍流为主的表面摩擦阻力在飞行器总阻力中占有很大比重,因此,湍流减阻问题的研究具有特别重要的意义.通常,湍流减阻是通过改变或制约湍流结构和流动状态来达到减少表面摩阻的目的,其中采用大涡破碎(Large Eddy Break-Up,“LEBU”)装置的方法减阻和通过纵向表面微槽的方法减阻是目前各种湍流减阻方法中最为有效的[1-3]. 采用LEBU减阻是把一种装置(这里为一很小的平板,简称“平片”)沿流向置入到边界层内,通过其切割作用使大涡破裂,改变湍流的生成模式,修正边界层的内层和外层的传输特性,以达到减少表面摩阻的目的.尽管湍流问题极为复杂,给机理研究带来很大困难,但研究结果表明[3],在装置后下游的一定范围内,平均的和脉动的速度型都有明显变化,从而会引起表面摩阻的变化.为避免许多计算是从装置后缘开始而带来的问题[4],本文是从装置上游开始进行全流场计算,并采用了不同的湍流模型.为得到最佳的减阻效果,对LEBU装置的各种不同情况进行的大量计算和详细分析将为该湍流减阻方法的实际应用提供基础. 1　控制方程 采用时间相关二维不可压Navier-Stokes方程作为控制方程,这里写成用涡量(ω)和流函数(ψ)表达的形式 ω/ t=-V·( ω)+v e2ω(1) 2ψ=-ω(2) 收稿日期:2001-09-28 ＊　航空科学基金资助项目(98A52008)

低雷诺数下板翅式换热器如何实现湍流,及其对性能的影响

板式换热器如何实现在低雷诺数下达到湍流状态，分析其流动和换热性能 田兵兵热能1101班 2011000949 1.板式换热器如何实现在低雷诺数下达到湍流状态？ 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。板片之间布满网状接触点, 流体沿着板间狭小通道流动, 其速度大小方向不断改变,形成强烈的湍流。 2.低Re下板式换热器传热器传热性能试验研究 板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。板片之间布满网状接触点，流体沿着板问狭小通道流动，其速度大小方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少液膜热阻。因此，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。 板式换热器的传热和阻力性能与板面的波纹形状、尺寸及板面的组合方式都有很大的关系，在1 200≤Re≤4 000时，测定不同流道高度对换热流动阻力的影响，发现Nu随着流道高度的增加而增加，而压力梯度降低，摩擦冈数增大，换热效果降低．得出窄流道换热效果更好的结论。马学虎研究了板式换热器在低如条件下(200≤Re≤1 300)的传热性能及阻力特性，并根据实验数据回归了相应板片传热系数，阻力系数的经验关联式，计算值与实验值有较好的一致性。 通常板式换热器的最佳板问流速是o．3～0．8 m／s，然而对于某些处理量小，压降要求比较严格的工况，流体只能在低流速下运行，而低盈下的传热具有其独特性，因此在低风情况下，研究板式换热器的传热是十分必要的，但目前这方面的研究较少。本文实验测定了板式换热器在较低RP条件下(15

换热器计算步骤

第2章工艺计算 2.1设计原始数据 表2—1 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 （10）计算管数 N T （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径 D和壳程挡板形式及数量等 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3 2.4估算传热面积 2.4.1热流量

换热器的结构

换热器的结构 管壳式换热器就是具有换热管和壳体的一种换热设备，换热管与管板连接，再用壳体固定。按其结构型式，主要分为：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、方形壳体翅片管换热器等。详细结构如下： 固定管板式换热器： 固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。 其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力 浮头式换热器 浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程

都要进行清洗的工况。 浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能 U形管式换热器 上图为双壳程U形管式换热器。U形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固定在同 一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因U形管式换热 器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。U形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是 壳体与换热管金属壁温差较大时。 壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程(如图中所示)。 填料函式换热器 上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质 靠填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用 填料函式换热器。它具有浮头换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。 填料函式换热器的缺点：使用直径小；不适于高温、高压条件下；壳程介质不适于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质 方形壳体翅片管换热器：

标准系列化管壳式换热器的设计计算步骤(精)

标准系列化管壳式换热器的设计计算步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）计算传热量，并确定第二种流体的流量 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取经验传热系数 （7）计算传热面积 （8）查换热器标准系列，获取其基本参数 （9）校核传热系数，包括管程、壳程对流给热系数的计算。假如核算的K与原选的经验值相差不大，就不再进行校核。若相差较大，则需重复（6）以下步骤 （10）校核有效平均温度差 （11）校核传热面积 （12）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 非标准系列化列管式换热器的设计计算步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）计算传热量，并确定第二种流体的流量 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍（9）选取管长 （10）计算管数 （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径和壳程挡板形式及数量等 （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 甲苯立式管壳式冷凝器的设计（标准系列） 一、设计任务 1.处理能力： 2.376×104t/a正戊烷； 2.设备形式：立式列管式冷凝器。 二、操作条件 1.正戊烷：冷凝温度51.7℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器； 2.冷却介质：为井水，流量70000kg/h，入口温度32℃； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.每天按330天，每天按24小时连续运行。 三、设计要求 选择适宜的列管式换热器并进行核算。 附：正戊烷立式管壳式冷却器的设计——工艺计算书（标准系列）

波接管换热器

1、传热系数高。波节管换热器的强化传热是依靠其独特的传热元件－波纹来实现的。波纹管从一种小圆弧连续相切外形、如波纹的薄壁管子。 大小圆弧的半径和波纹的节距经特殊设计、特殊加工而成。由于管子截面的不断变化，其传热系数为老式管壳式换热器的2~3倍。 2、流动阻力小。由于提高传热能力主要是依靠流体的场能破坏边界层，因而流速并不很高，在交换相同热量的情况下，流体阻力小于其他类型的 热交换器，具有明显的节能效果。 3、传热元件表面不易结垢。波节管在工作过程中，受介质温度的影响，使其产生小量的轴向伸缩变化，同时管内外的曲率也频繁变化。由于垢层 和波纹管的线膨胀系数相差很大，所以在温差的作用下污垢与波纹管之间产生一个较大的拉脱力，足以使污垢脱落。对于供暖、空调系统，可以保证 连续运行。 4、保留了传统管式换热器耐高温、耐高压的特点。 5、具有热应力自动补偿的功能。波节管的特殊结构形状，使其在受热情况下，可以自动产生伸缩来补偿温度的热应力，从而延长了设备寿命。 波节管换热器是强化传热节能高效换热设备，在石油、化工、电力系统、供热采暖等已经得到广泛应用。

产品特点 1.传热效率高 波节管换热器是依靠独特的传热元件—波节管来实现的。波节管特殊的波峰与波谷设计，使流体流动时由于管内外截面连续不断地突变形成强烈湍流，即使在流速很小的情况下，流体在管内外均可形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数，其传热系数比传统管式换 热器高2~3 倍。 2.不污不堵不结垢，运行平稳 波节管换热器在工作过程中，一方面管内外介质始终处于高度湍流状态，使得介质中的固 体微粒难以沉积结垢；另一方面受介质温差影响，波节管会产生微量的轴向伸缩变形，管内 外的曲率会随之频繁变化，由于垢层和波节管的线膨胀系数相差很大，所以污垢和换热管之 间会产生较大的拉脱力，即使有水垢沉着也会因此破裂而自动脱落，从而使换热器始终保持 持久、高效的换热性能。同时管路通道大，压降小、节能效果明显，也不存在堵塞问题。 3.具有自动补偿功能 波节管换热器的特殊结构形状，使其在受热情况下，可有效的降低热应力，无须加设膨胀节，从而简化了产品结构，提高了产品的可靠性 波节管换热器管式换热器 波节管换热器的概述 波节管换热器是强化传热节能高效换热设备，在石油、化工、电力系统、供热采暖等已经得到广泛应用，根据波节管的结构特性，经过生产实践和理论计算，验证了管壳式不锈钢波节管换热器。 波节管换热器的技术特性 1. 传热系数高，换热能力强。 2. 传热表面不易结垢。 3. 保留了传统管壳式换热器耐高温、耐高压的特点 4. 具有热应力自动补偿功能。 波节管换热器的技术参数 1.一般情况下，管程、壳程设计压力均可分为0.6Mpa、1.0 Mpa、1.6 Mpa三种，也可按用户要求特殊设计。 2.波节管换热器使用温度范围为-20~350℃，波节管直径一般为φ19、φ25两种。 3.壳体材料：碳钢、不锈钢等。 4.波节管材料：不锈钢0Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni14Mo2等。 用途 波节管换热器是强化传热节能高效换热设备，在石油、化工、电力系统、供热采暖等已经得到广泛应用。 特点 1.无振动：波节管在运行中没有疲劳破坏，特别是解决了汽水换热中的振动问题。 2.结构紧凑：在单位体积内能排到更多的换热管。 3.减少流体阻力：阻止了内流通道和流动死区，提高了换热能力。 4.采用不锈钢与碳钢复合而成的管板，解决了薄壁波节换热管与管板的焊接难点，并延长了使用寿命。 5.传热系数高：流体进入波节管，流经凹槽段时，因湍流凹槽收缩作用使流体的

列管式换热器课程设计计算过程的参考

根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下： 设计要求： 1.某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷 却剂为冷却水，其进口温度为30℃，出口温度自定。 2.物料（苯）的处理量为1000 吨/日。 3.要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。 1、换热器类型的选择。 列管式换热器 2、管程、壳程流体的安排。 水走管程，苯走壳程，原因有以下几点： 1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程 2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大 3.干净的物流宜走壳程。而易产生堵、结垢的物流宜走管程。 3、热负荷及冷却剂的消耗量。 冷却介质的选用及其物性。按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1=30℃，冷却水出口温度设计为t2=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下： 密度ρ=994kg/m3粘度μ2=0.727Χ10-3Pa.s 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ 密度ρ=880kg/m3粘度μ2=1.15Χ10-3Pa.s 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

套管换热器湍流对流换热的数值模拟 1.俞接成 1.吴小华 2.刘全 摘要：为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响，笔者运用FLUENT软件，采用二维轴对称方法和K一ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟。分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能。数值计算结果表明：光管套管换热器的总传热系数K 的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好；与光管相比，在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120，但随着Re增大，其影响逐渐减小。 关键词：套管换热器；波纹管；数值模拟；强化换热 随着能源的日益紧张，人们对强化换热的研究日益重视。套管换热器是进行强化换热管性能实验研究的主要实验装置，许多强化换热管的强化换热性能都是利用套管换热器来进行的。随着计算机硬件、计算流体力学和计算传热学的不断发展，数值模拟已经成为传热学研究的一种重要方法。在强化传热管研究方面，数值模拟也被广泛应用。但在研究中，普遍的做法是取换热管的一部分，将其设置为等壁温或等热流边界条件，然后按流动与传热均已充分发展的情况来进行模拟。这样处理将无法考虑进口段对换热的影响，而且不能获得强化换热管对管外流体流动和换热的影响。如果能对整个套管换热器进行模拟，则可以获得强化换热管的整体换热性能，与实际的实验工况更为接近。目前尚未检索到有关对整个套管换热器进行数值模拟的文献报道。 笔者将尝试采用二维轴对称方法，应用FLUENT软件对在湍流情况下的整个套管换热器的对流换热情况进行数值模拟。由于FLU—ENT软件中有多种湍流模型可供选择，首先模拟了光管充分发展湍流、等壁温条件下的努塞尔数和摩擦系数，并将数值计算结果与经验公式进行比较，以确定合适的湍流模型和FLUENT软件的其他选项。然后再对光管套管换热器的换热性能进行数值模拟，比较总传热系数K 的数值计算结果与运用经验公式计算结果。在此基础上对波纹管套管换热器非换热性能进行模拟，并将其与光管套管换热器的总传热系数进行对比，分析波纹管对总传热系数K 的影响。 2 物理模型和边界条件 2.1 湍流模型的选择 在FLUENT软件中，有多种湍流模型可供选择，如志K一ε湍流模型、雷诺应力模型(RSM)等，为确定合适的湍流模型FLUENT软件中的选项，首先模拟了以水为介质、等壁温热边界、直径为20mm的光管在充分发展湍流情况下的对流换热问题，假定水为常物性，其物性参数引用FLUENT数据库中的值。分别模拟了雷诺数Re分别等于1万、2万、4万、6万、8万和1O万六种流动情况，并将数值模拟所获得的摩擦系数f和努塞尔数Nu与经验公式进行比较： 结果表明：当选用标准K一ε湍流模型，并选择强化壁面处理方式的模拟结果与经验公式最吻合，数值计算结果与经典经验公式的对比如图1所示。在Re较小(Re=1×104)时的误差相对较大，摩擦系数f和努塞尔数Nu的最大误差分别为8．94 和9．85 ，其他Re下的数值模拟结果与经验公式的误差较小。在后面对套管换热器的模拟中将采用标准K一ε湍流模型并选择强化壁面处理方式进行模拟。

换热器的传热系数

1 介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管内流速）含污垢系数0.0003。水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管内流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003 实际运行还少有保守。有余量约10% 冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃) 水水850～1700 水气体17～280 水有机溶剂280～850 水轻油340～910 水重油60～280 有机溶剂有机溶剂115～340 水水蒸气冷凝1420～4250 气体水蒸气冷凝30～300 水低沸点烃类冷凝455～1140 水沸腾水蒸气冷凝2000～4250 轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K值通常在 2 800~2200W/m2·℃范围内。列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃范围内。板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃范围内。1．流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100) 下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济

换热器设计指南汇总

换热器设计指南 1总贝!I i.i目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1. 2范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号 (版次)的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999钢制压力容器 GB151-1999管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers ------- JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社(2002) 换热器设计手册——中国石化出版社(2004) 换热器设计手册——化学工业出版社(2002) Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ---------- SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection -------- HEVRON COP. (1989)

HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers ------- TOTAL (2002) 管壳式换热器工程规定——SEI (2005) 2设计基础 2. 1传热过程名词定义 2.1.1无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化一液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相，热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2换热器的术语及分类 2.2.1术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器； 位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；

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（表压），壳程压力为（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=（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= Mp a（表压）。改为冷却水工作压力P2= 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℃； 冷却水的密度查物性表得ρ2= kg/m3； 冷却水的比热查物性表得C p2= kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2= W/m.℃ 冷却水的粘度μ2=×10－6 Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得P r2=； 过冷水的定性温度℃； 过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3； 过冷水的比热查物性表得C p1=kg.℃； 过冷水的导热系数查物性表得λ1=m.℃； 过冷水的普朗特数查物性表得P r2； 过冷水的粘度μ1=×10－6 Pa·s。 过冷水的工作压力P1= Mp a（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为η=； 设计传热量： 过冷却水流量： ； 4)有效平均温差 逆流平均温差：

根据式（3-20）计算参数p、R: 参数P： 参数R： 换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=； 有效平均温差： 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： m2； 选用φ25×无缝钢管作换热管； 管子外径d0=m； 管子内径d i=×=0.02 m； 管子长度取为l=3 m； 管子总数： 取720根管程流通截面积： m2 管程流速： m/s 管程雷诺数： 湍流管程传热系数：（式3-33c） 6)结构初步设计： 布管方式见图所示: 管间距s=0.032m（按GB151,取）； 管束中心排管的管数按所给的公式确定： 取20根；