管壳式换热器传热计算示例(终 ) - 用于合并
PPT-7-管壳式换热器设计计算实例
t fi t f 0
所以，只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就
使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
32
ln( d o d i ) 2 l
28
上面三式相加
l t fi t fo
do 1 1 1 ln hi d i 2 d i ho d o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko 1 do d d 1 o ln o hi di 2 di ho
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1 构造和工作原理
翅片管热交换器可以仅由一根或若干根翅片管组成，如室内取 暖用翅片管散热器；也可再配以外壳、风机等组成空冷器型式 的热交换器。
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主要换热元件是翅片管，由基管和翅片组成。
翅片管的类型和选择
对翅片管的要求：良好的传 热性能、耐温性能、耐热冲 击能力（如介质热负荷不稳 定）及耐腐蚀能力，易于清 除尘垢，压降较低。
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常见的翅片管形式
•
14
翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的 差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接 翅片。
整体翅片：由铸造、机械加工或轧制而成，翅片与管子一体，无接触 热阻，强度高，但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉的省煤器就 是采用整体翅片。 焊接翅片：用钎焊或氩弧焊等工艺制造，可使用与管子不一样的材料。 由于它制造简单、经济且具有较好的传热和机械性能，故已广泛应用， 主要问题是焊接工艺的质量。 高频焊翅片：利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片 接触处产生高温而部分熔化，同通过加压翅片与管子连成一体而成。 这种连接方法无焊剂、焊料，制造简单，性能优良。
管壳式换热器传热面积初步计算模板
有效平均传热温差 平均传热面积Am 管内壁传热面积A1 管外壁传热面积A2 总传热系数 传热面积 总传热系数 传热面积 管程基本参数
2 1340 1312 14879 486525
名
称
0.020
304 16.3 正三角形排列 0.025 0.032 0.002 管程流体物性参数 称 数 水 50 980 4186 0.0000846 0.54 ℃ kg/m³
管壳式换热器初步计算
本计算适用于两流体无相变且逆流过程的计算，熔盐走壳程，管程流体根据需要选择。 浅蓝色区域需要输入数值，其他区域不得擅自修改。 工艺参数 名 称 壳 程 管 水 2 230 0.2 Re＜20000 Re＞20000 1263 壳程基本参数 名 当量直径 称 数 据 单 位 m 管子材质 管材导热系数 管子排列方式 管外径 相邻两管的中心距 管子壁厚 壳程流体物性参数 名 物料名称 定性温度 密度ρ 比热Cp 粘度μ 导热系数λ 壁温粘度μ 称 数 据 单 位 ℃ 名 物料名称 定性温度 kg/m³ 密度ρ
J/kg.℃
据
单 位
二元熔盐 230 1992 1447 0.00637 0.499
pa.s pa.s
粘度μ
pa.s w/m.℃
0326
J/kg.℃ 比热Cp
程
单 位 kg/s 60 ℃ ℃ m/s W/㎡.℃
名 总热负荷
称
数
据
单 位 w ℃ ㎡ ㎡ ㎡ W/㎡.℃ ㎡ W/㎡.℃ ㎡ 单 位 w/m.℃ m m m
物料名称 流体流量 进/出口温度 进/出口压力 流体流速 对流传热系数 雷诺数Re
二元熔盐 230 40
167440 180 0.072 0.066 0.079 1133 0.8219282 1114 0.8357835 数 据
管壳式换热器总传热系数的大致范围
管侧流体
K
W∕（㎡· ℃）
液 体 - 液 体 介 质 稀释沥青（溶于石油馏出物中） 水 57～110 植物油、妥尔油等 水 110～280 乙醇胺（单乙醇胺或二乙醇胺）10％～20％ 水或单乙醇胺或二乙醇胺 800～1100 软化水 水 1700～2800 燃料油 水 85～140 燃料油 油 57～85 汽油 水 340～910 重油 重油 45～280 重油（热） 水（冷） 60～280 富氢重整油 富氢重整油 510～880 煤油或瓦斯油 水 140～280 煤油或瓦斯油 油 110～200 煤油或喷气发动机燃料 三氯乙烯 230～280 润滑油（低粘度） 水 140～280 润滑油 油 60～110 石脑油 水 280～400 石脑油 油 140～200 有机溶剂（热） 盐水（冷） 170～510 有机溶剂 有机溶剂 110～340 水 烧碱溶液（10％～30％） 570～1420 蜡馏出液 水 85～140 蜡馏出液 油 74～130 水 水 1100～1420 道生油 重油 45～340 冷 凝 蒸 气 - 液 体 介 质 酒精蒸气 水 570～1100 沥青 道生油蒸气 230～340 道生油蒸气 道生油 460～680 煤气厂焦油 水蒸气 230～280 高沸点烃类（真空） 水 60～170 低沸点烃类（大气压） 水 460～1100 烃类蒸气（分凝器） 油 140～230 有机蒸气 水 570～1100 有机蒸气（大气压下） 盐水 490～980 有机蒸气（减压下且含少量不凝气） 盐水 240～490 有机蒸气（传热面塑料衬里） 水 230～900 有机蒸气（传热面不透性石墨） 水 300～1100 水（u=1～1.5） 汽油蒸气 520 原油（u=0.6） 汽油蒸气 110～170 煤油蒸气 水 170～370 煤油或石脑油蒸气 油 110～170 石脑油蒸气 水 280～430 水蒸气 供给水 2300～5700
管壳式换热器热力计算
(3)温差修正系数FT 在错流和折流换热器中，温度分布情况相当复杂，可按(2) 中公式计算出逆流的平均温度差，然后乘以修正系数，即 可计算有效平均温差Δtm； Δtm=FTΔtlm
式中 Δtlm——逆流时的对数平均温度差，℃； FT——温差修正系数 (查换热器设计手册中图1-3-6 取得)。
2.对流传热膜系数
(1)算术平均温度差
Δtm1= (Δt1+ Δt2)/2 (2)对数平均温度差
Δtm2= (Δt2- Δt1)/ln (Δt2 / Δt1) 式中 Δtm2——较大的温度差；
Δtm1——较小的温度差。 当Δtm1/ Δtm2<2时，采用算术平均温度差，否则采用对数 平均温度差。在计算平均温度差时，对无相变的对流传热， 逆流的平均温度差大于并流的平均温度差，因而在工业设 计中在工业设计中，在满足工艺条件的情况下，通常选用 逆流。
2.1无相变对流传热的传热膜系数
(1) 管内传热膜系数 流体在管内流动，其流动阻力和传热膜系数与流体在管 内的流动状态有关，流动状态以雷诺数大小来区分。
(1.1)湍流 Re>10000 对于低粘度流体(μi<2μa， μa为常温下水的粘度)，可用
αi=0.023λi/ diRei0.8Prin 应用范围：Re>10000，0.7<Pr<120，L/di>60。 当L/di>60时，应将上式乘以[1+(di/L)0.7]进行修正。
奴塞尔特数
Nu=hL/ λ，其中h、L、λ分别为流体的传热系数、特征 长度与导热系数。代表了长度与热边界岑厚度之比，表征 了流体对流换热能力的大小。
1.稳态传热方程
热流体将热量通过某固定面传给冷流体成为传热，稳态传热 的基本方程为：Q=KAΔtm
管壳式换热器传热计算示例终 用于合并
Pa;
取导流板阻力系数:
;
导流板压降:
壳程结垢修正系数: 壳程压降:
Pa ;(表 3-12)
管程允许压降:[△P2]=35000 Pa;(见表 3-10) 壳程允许压降:[△P1]=35000 Pa;
△P2<[△P2] △P1<[△P1] 即压降符合要求。
Ｐa;
(2)结构设计(以下数据根据 BG150-2011)
m2; 选用φ25×2、5 无缝钢管作换热管; 管子外径 d0=0、025 m; 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:
管程流通截面积:
取 720 根 m2
管程流速: 管程雷诺数: 管程传热系数:(式 3-33c)
m/s 湍流
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:
结构设计的任务就是根据热力计算所决定的初步结构数据,进一步设计全部结构尺寸, 选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸,现简要综述如下:
1) 换热器流程设计 采用壳方单程,管方两程的 1-4 型换热器。由于换热器尺寸不太大,可以用一台,未考虑 采用多台组合使用,管程分程隔板采取上图中的丁字型结构,其主要优点就是布管紧密。 2)管子与传热面积 采用 25×2、5 的无缝钢管,材质 20 号钢,长 3m,管长与管径都就是换热器的标准管子 尺寸。 管子总数为 352 根,其传热面积为:
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:
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:
换热器的计算举例
换热器的计算举例换热器是一种常见的热交换设备，用于在流体之间传递热量。
它在许多工业过程中发挥着重要的作用，例如化工、石油、食品加工、制药等。
以下是一个计算换热器的例子，以说明如何确定换热器的工作参数和尺寸。
假设我们需要设计一个换热器来将热水从80°C降低到60°C，并且需要将冷水从20°C加热到40°C。
我们已经知道热水的流量为1,000升/小时，冷水流量为800升/小时。
步骤1：确定热水和冷水的进出口温度差首先，我们需要确定热水和冷水的温度差。
在本例中，热水的进口温度为80°C，出口温度为60°C，所以温度差为20°C。
同样，冷水的温度差为20°C。
步骤2：计算热水和冷水的热量热水的热量可以通过以下公式计算：Q=m×c×ΔT其中，Q代表热量，m代表质量，c代表比热容，ΔT代表温度差。
在本例中，热水的质量可以通过以下公式计算：m=流量×密度已知热水的流量为1,000升/小时，那么质量可以通过将流量转换为千克/小时来计算：m=1,000千克/立方米×1立方米/1,000升×1,000升/小时=1千克/小时热水的密度可以通过查找热水的性质表来获取，假设为1千克/立方米。
热水的比热容可以通过查找热水的性质表或使用常见物质的比热容来估计，假设为4.18千焦尔/千克•摄氏度。
因此，热水的热量可以计算为：Q热水=1千克/小时×4.18千焦尔/千克•摄氏度×20°C=83.6千焦尔/小时同样地，可以使用相同的方法计算冷水的热量。
冷水的流量为800升/小时，质量为0.8千克/小时（假设冷水的密度为1千克/立方米），比热容为4.18千焦尔/千克•摄氏度。
因此，冷水的热量为：Q冷水=0.8千克/小时×4.18千焦尔/千克•摄氏度×20°C=66.88千焦尔/小时步骤3：计算换热器的传热面积传热面积是换热器设计中的关键参数，它决定了换热器的尺寸。
管壳式换热器热力计算
管壳式换热器热力计算管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、电力等行业中。
它由管束（包括管子和管板）和壳体组成，并通过管板将管子固定在壳体上。
在换热过程中，热媒流体在管内流动，冷媒流体在壳侧流动，两种流体通过壳体和管道之间的壳壳换热器进行热量传递。
因此，热力计算对于管壳式换热器的设计和运行至关重要。
管壳式换热器的热力计算主要包括确定整个系统的热量传递量和热阻。
其中，热量传递量是指在单位时间内通过换热器的热量，而热阻则是指媒体在传递热量过程中所遇到的阻力。
在进行热力计算时，需要根据具体的工况参数，采用一定的算法和理论来计算热量传递量和热阻。
首先，需要确定管壳式换热器的传热面积。
传热面积是传热的关键因素，它决定了热量传递的效率。
传热面积的计算公式为：A=π*D*L*N其中，A表示传热面积，D表示管子的外径，L表示管子的有效长度，N表示管子的数量。
然后，需要计算传热系数。
传热系数是指在单位时间内传递的热量和温度差之间的比值。
计算传热系数需要考虑媒体的物性参数，包括流体的粘度、导热系数、比热容等。
传热系数的计算公式为：U = 1 / (1 / hi + δ / λ + 1 / ho)其中，U表示传热系数，hi表示内层传热系数，δ表示管道壁厚度，λ表示管道壁材料的导热系数，ho表示外层传热系数。
接下来，需要确定壳侧和管侧流体的温度差。
壳侧流体的温度差可以通过流体的进出口温度差来计算，管侧流体的温度差可以通过管内流体进行热力平衡计算得到。
最后，根据所得的参数，可以计算热量传递量和热阻。
热量传递量的计算公式为：Q = U * A * ΔTlm其中，Q表示热量传递量，ΔTlm 表示对数平均温差。
而热阻的计算公式为：R=1/U*A其中，R表示热阻，U表示传热系数，A表示传热面积。
通过以上的热力计算，可以确定管壳式换热器的传热性能和热力参数，为正确选择和设计换热器提供依据。
在实际应用中，还需要考虑到其他因素，如压力损失、换热器的结构、材料选择等。
管壳式换热器换热面积-换热器设计手册
式中：T 1=98℃T 2=74℃Cp,h=0.3J/(kg ℃）m h =100834kg/sWd=0.01905m αo =40W/(m 2.℃)r o =0.0005(m 2.℃)/W A o /A i =1.0112λw =48W/(m .℃)管壁材料的导热系数管外流体传热膜系数管内流体传管外流体污垢热阻管内流体换热管的外表传热面积与内表传热面积之比换热管的外表与换热器管内和管外的平均传热面积之比热负荷Q=20832000总传热系数K的计算换热管外径管壁热流体出口温度冷流体出热流体比热冷流体热流体质量流量冷流体质其中总传热系数K的计算公式如下：热负荷Q的计算热流体进口温度冷流体进本计算表格是基于《换热器设计手册》（钱颂文主编）中相关公式进行的计算Q=KA Δt mQ-热负荷，WK-总传热系数，W/(m 2.℃)A-换热器传热面积，m 2Δt m -进行换热的两流体之间的平均温度差，℃17.05W/(m 2.℃)Δt 2=51℃Δt 1=47℃0.922Δt 2=71℃Δt 1=27℃0.38Δt m =49Δt m =49Δt m =48.97277702Δt m =45.5089394(1)对于单壳程、双管程或者2n管程的管壳式换热器3、确定平均温度差(1)当Δt 1/Δt 2 <2 时且逆向流动时(2)当Δt 1/Δt 2 <2 时且并向流动时(3)当Δt 1/Δt 2 >2 时且逆向流动时(4)当Δt 1/Δt 2 >2 时且并向流动时4、确定温度修正系数较小端温差Δt 1/Δt 2=2、当换热器冷热流体并向流动时较大端温差较小端温差Δt 1/Δt 2=总传热系数K=1、当换热器冷热流体逆向流动时较大端温差P=0.281690141R=1.20.9825462m 25、根据P、R值查图，确定对应温度修正系数温度修正系数 F T =换热面积A=物料摩尔比比热容t 1=27℃H2O 27.42.02H243.6114.2t 2=47℃CH40.253.72N215.51.12Cp,c =2100J/(kg ℃）Ar 0.2 1.2CO210.861.1m c =496kg/s CO 2.181.12混合气体7.075276δ=0.000211m αi =45W/(m 2.℃)r i =0.0005(m 2.℃)/W A o /A m =1.005569流体传热膜系数内流体污垢热阻的外表传热面积与换热器管内和管外的平均传热面积之比管壁厚度流体出口温度冷流体比热流体质量流量定性温度在292℃流体进口温度计算的计算292℃时的物性数据粘度密度导热系数0.01920.01420.08990.1630.01810.7170.030.0282 1.2510.02280.0363 1.7820.01730.0272 1.9760.01370.0278 1.250.02260.0225。
管壳式换热器的设计及计算
所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体，前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热[2]。最近还兴起一种EHD技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注[3]。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的湍流增进器或插入物。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
第一章
在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料
管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料1管壳式换热器流动及传热的数值模拟尤琳,山东豪迈化工技术摘要:本文以管壳式换热器为例, 辅以有限元软件进行流场模拟, 通过合理简化模型和设置合理的进出口边界条件, 对流体的流动和传热进行数值模拟, 得到相应的速度、压力、温度分布云图, 对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。
引言换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。
在化工厂中, 换热器的约占总的 10%~20%;在炼油厂中,该项约占总的 35%~40%。
换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要, 也是余热、废热回收利用的有效装置。
鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状, 改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径, 将产生重要的经济效益和社会效益。
1换热器介绍1.1换热器分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构形式也不同,按照传热原理分类,可分为:间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器;按照用途分类,包括:加热器、预热器、过热器、蒸发器; 按照结构分, 可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。
间壁式换热器举例蓄热式换热器举例直接接触式换热器举例1.2换热器研究及发展动向(1物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性, 取决于物性模拟的准确性。
因此, 物性模拟一直为传热界重点研究课题之一, 特别是两相流物性的模拟, 这恰恰是与实际工况差别的体现。
实验室模拟实际工况很复杂, 准确性主要体现与实际工况的差别。
纯组分介质的物性数据基本上准确, 但油气组成物的数据就与实际工况相差较大, 特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。
为此, 要求物性模拟在试验手段上更加先进,测试的准确率更高。
从而使换热器计算更精确,材料更节省。
管壳式换热器传热计算示例(终)
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=0.75Mp a（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 Mp a（表压）。
改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)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=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；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=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P r2；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（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：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=0.83；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φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子径d i=0.025-2×0.0025=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1.25d0）；管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：取20根；壳体径：m 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：折流板间距：m折流板数量：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(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：m/s ；壳程质量流速：kg m 2/s ；壳程当量直径：m ；壳程雷诺数：； 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j s =20 管外壁温度假定值 t w1′=45℃ 壁温过冷水粘度 Pa.s粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r 2=0.000344m 2.℃/w 管壁热阻r 忽略 总传热系数：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：Ｗ/m2.℃根据式(3-94a)计算管外壁温度：℃误差较核：℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管壁温度：℃；壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数：管程数：；管沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.ρ）回弯压降：Pa；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：；管程结垢校正系数：；管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式3-129）：Pa；取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。
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=0.75Mp a（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 Mp a（表压）。
改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)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=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；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=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P r2 ；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（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：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=0.83；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φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子内径d i=0.025-2×0.0025=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1.25d 0）； 管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：取20根； 壳体内径：m 取Di =0.7m ；长径比：l/D i =3/0.9=3.3，合理选定弓形折流板弓形折流板弓高： 折流板间距： m 折流板数量：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 0.6955m7）壳程换热系数计算 壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：布管示意图m/s；壳程质量流速：kg m2/s；壳程当量直径：m；壳程雷诺数：；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j s=20管外壁温度假定值t w1′=45℃壁温过冷水粘度Pa.s粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r2=0.000344m2.℃/w管壁热阻r忽略总传热系数：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：Ｗ/m2.℃根据式(3-94a)计算管外壁温度：℃误差较核：℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管内壁温度：℃；壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数：管程数： ；管内沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.ρ）回弯压降：Pa；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s；(依据ρw2<3300取w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据3-113)：；管程结垢校正系数：；管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图3-34)管束压降（公式3-129）：Pa；取进出口质量流速：kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。
管壳式换热器热力计算共20页
管壳式换热器热力计算
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
Hale Waihona Puke 66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
管壳式换热器热力计算20页PPT
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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管壳式换热器换热面积-换热器设计手册(精品文档)
式中：T 1=98℃T 2=74℃Cp,h =0.3J/(kg ℃）m h =100834kg/sWd=0.01905m αo =40W/(m 2.℃)r o =0.0005(m 2.℃)/W A o /A i =1.0112λw =48W/(m .℃)本计算表格是基于《换热器设计手册》（钱颂文主编）中相关公式进行的计算Q=KAΔt mQ-热负荷，WK-总传热系数，W/(m 2.℃)热负荷Q的计算热流体进口温度冷流体进A-换热器传热面积，m 2Δt m -进行换热的两流体之间的平均温度差，其中总传热系数K的计算公式如下：热流体质量流量冷流体质热负荷Q=20832000热流体出口温度冷流体出热流体比热冷流体管外流体污垢热阻管内流体换热管的外表传热面积与内表传热面积之比换热管的外表与换热器管内和管外的平均传热面积之比总传热系数K的计算换热管外径管壁管外流体传热膜系数管内流体传管壁材料的导热系数17.05W/(m 2.℃)Δt 2=51℃Δt 1=47℃0.922Δt 2=71℃Δt 1=27℃0.38Δt m =49Δt m =49Δt m =48.97277702Δt m =45.5089394P=0.2816901411、当换热器冷热流体逆向流动时较大端温差较小端温差Δt 1/Δt 2=总传热系数K=3、确定平均温度差(1)当Δt 1/Δt 2 <2 时且逆向流动时(2)当Δt 1/Δt 2 <2 时且并向流动时(3)当Δt 1/Δt 2 >2 时且逆向流动时2、当换热器冷热流体并向流动时较大端温差较小端温差Δt 1/Δt 2=(4)当Δt 1/Δt 2 >2 时且并向流动时4、确定温度修正系数(1)对于单壳程、双管程或者2n管程的管壳式换热器R=1.20.9825462m 2温度修正系数换热面积A=5、根据P、R值查图，确定对应温度修正系物料摩尔比比热容t 1=27℃H2O 27.42.02H243.6114.2t 2=47℃CH40.253.72N215.51.12Cp,c =2100J/(kg ℃）Ar 0.2 1.2CO210.861.1m c =496kg/s CO 2.181.12混合气体7.075276δ=0.000211m αi =45W/(m 2.℃)r i =0.0005(m 2.℃)/W A o /A m =1.005569计算定性温度在292℃流体进口温度混合气体粘度、比热计算公式流体质量流量流体出口温度冷流体比热内流体污垢热阻的外表传热面积与换热器管内和管外的平均传热面积之比管壁厚度流体传热膜系数的计算292℃时的物性数据粘度密度导热系数0.01920.01420.08990.1630.01810.7170.030.0282 1.2510.02280.0363 1.7820.01730.0272 1.9760.01370.0278 1.250.02260.0225。
管壳式换热器换热面积-
式中：T 1=406.8℃T 2=263.2℃Cp,h=2823.617J/(kg ℃）m h =0.1466kg/sWd=0.025m αo =40W/(m 2.℃)r o =0.0005(m 2.℃)/W A o /A i =1.010101λw =48W/(m .℃)换热管的外表传热面积与内表传热面积之比换热管的外表与换热器管内和管外的平均传热面积之比管壁材料的导热系数总传热系数K的计算换热管外径管壁管外流体传热膜系数管内流体传管外流体污垢热阻管内流体热流体比热冷流体热流体质量流量冷流体质热负荷Q=55727.77564其中总传热系数K的计算公式如下：热负荷Q的计算热流体进口温度冷流体进热流体出口温度冷流体出本计算表格是基于《换热器设计手册》（钱颂文主编）中相关公式进行的计算Q=KA Δt mQ-热负荷，WK-总传热系数，W/(m 2.℃)A-换热器传热面积，m 2Δt m -进行换热的两流体之间的平均温度差，℃26.62W/(m 2.℃)Δt 2=156.8℃Δt 1=153.5℃0.979Δt 2=297.1℃Δt 1=13.2℃0.044Δt m =155.15Δt m =155.15Δt m =155.1441506Δt m =91.17324918(4)当Δt 1/Δt 2 >2 时且并向流动时4、确定温度修正系数(1)对于单壳程、双管程或者2n管程的管壳式换热器较小端温差Δt 1/Δt 2=3、确定平均温度差(1)当Δt 1/Δt 2 <2 时且逆向流动时(2)当Δt 1/Δt 2 <2 时且并向流动时(3)当Δt 1/Δt 2 >2 时且逆向流动时1、当换热器冷热流体逆向流动时较大端温差较小端温差Δt 1/Δt 2=2、当换热器冷热流体并向流动时较大端温差总传热系数K=P=0.472231572R=1.0235210260.9813.77m 2换热面积A=5、根据P、R值查图，确定对应温度修正系数温度修正系数 F T =t 1=109.7℃t 2=250℃Cp,c =1943.27J/(kg ℃）m c =0.2044kg/s δ=0.00025m αi =45W/(m 2.℃)r i =0.0005(m 2.℃)/W A o /A m =1.005025的外表传热面积与换热器管内和管外的平均传热面积之比管壁厚度流体传热膜系数内流体污垢热阻冷流体比热流体质量流量流体进口温度流体出口温度算的计算。
列管式-管壳式换热器换热面积计算软件-表格大全
T2= 35
℃
T= 67.5
℃
热流体质量流量
mh= 0.13125 kg/s
热负荷Q= 8660
W
冷流体进口温度 t1= 冷流体出口温度 t2= 冷流体定性温度 t= 冷流体质量流量 mc=
平均温差与温度修正系数Δtm的计算
1、当换热器冷热流体逆向流动时
较大端温差 较小端温差
Δt2= 70
℃
Δt1= 10
23.20097945
(5~30) 7.007680946 m/s
0.031 77.34445778 Pa
壳程压降核算
正方形斜转45度排列时
F=
0.4
折流挡板间距
h= 0.3
m
(5`15) 0.009121986 m/s
0.005789793 Pa
1.3kpa）
热容[kj/kg`℃]
2.1 14.7 3.065 1.12 20.8 1.13 1.12 4.1740
1.15~1.25 0.9280392
物料
H2O H2 CH4 N2 Ar CO2 CO 水
高变气在定性温度430℃时的物性数据（101.3kpa）
粘度 Pa`s 4.88E-06
导热系数[w/(m2· 密度 kg/m3 ℃)]
0.0085
4.08E-06 3.45E-08
0.0887 0.0001
0.0071
2.08
H2
3.68E-06
CH4
3.16E-08
0.0797 0.0001
14.5 3.25
N2
2.94E-06
Ar
4.81E-08
CO2
2.11E-07
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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t 1′=145℃；过冷却水出口温度t 1〞=45℃；过冷却水工作压力P 1=0.75Mp a （表压）冷水流量G 1=80000kg/h ；冷却水进口温度t 2′=20℃；冷却水出口温度t 2〞=50℃；冷却水工作压力P 2=0.3 Mp a （表压）。
改为 冷却水工作压力P 2=2.5 Mp2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度t 2=( t 1′+ t 1〞)/2=(20+50)/2=35℃；冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m 3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；过冷水的定性温度t 1=(t 1−t 1′′)==77.5℃；过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m 3；过冷水的比热查物性表得C p1=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P r2=2.312；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力 P 1=1.5 Mp a （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：Q 0=G 1·C p1·(t 1−t 1′′)η×10003600⁄=80000×4.174×(50−20)×10003600⁄=2727013 W过冷却水流量：G 2=Q 0C p 2·(t 2′′−t 2′)=3600×7513334.187×1000×(40−30)=93676 t/ℎ ；4)有效平均温差逆流平均温差：∆t count =(t 1′−t 2′′)−(t 1′′−t 2′)ln t 1′−t 2′′t 1′′−t 2′=(90−50)−(65−20)ln 90−5065−30=42.45 ℃ 根据式（3-20）计算参数p 、R:参数P ：P=t2′′−t2′t1′−t2′=50−2090−20=0.429参数R：R=t1′−t1′′t2′′−t2′=90−6550−20=0.833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：∆t m=Ψ∆t N=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=Q0K0·∆t m =751333400×40.2=169.59 m2；选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子内径d i=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数：n=A0π·d0·l =169.59π×0.025×3=720取720根管程流通截面积：A t=n t2·π4·d i2=3522·π4·0.022=0.11309m2管程流速：w2=G2ρ 2·a2×3600=93676976×0.11309×3600=0.23575m/s管程雷诺数：Re2=ρ 2·w2·dμ2=976×0.23575×0.02370.4×10−6=12423≫104湍流管程传热系数：（式3-33c）α2=3605·(1+0.015t2)w20.8(100d i)0.2=3605(1+0.015×77.5)×0.235750.8(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1.25d 0）； 管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定： N c =1.1√N t =1.1·√720=29取20根；壳体内径：D i =s (N c −1)+4d 0=0.032×28+4×0.025=0.9 m 取Di =0.7m ；长径比： 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 =0.2D i =0.2×0.9=0.18m折流板间距： B =D i /3=0.9/3=0.3m折流板数量： n B =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 0.6955m7）壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：w 1=G 1/3600ρ 1·f 1=120003600⁄992.9×0.046=0.0.4865 m/s ；壳程质量流速：W 1=ρ 1·w 1=992.9×0.4865=483.05kg m 2/s ；壳程当量直径：D e =D i 2−N t ·d 02N t ·d 0=0.92−720×0.0252720×0.025=0.02m ；壳程雷诺数：Re 2=ρ 2·w 2·dμ2=992.9×0.4865×0.02370.4×10−6=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j s =20管外壁温度假定值 t w1′=45℃壁温过冷水粘度μw1=0.549×10−3 Pa.s布管示意图粘度修正系数：ϕ1=(μ1μw1)0.14=(0.3704×0.54910−3)0.14=0.9206 根据式（3-62）计算壳程换热系数：α1=λ1d e ·p r 13⁄·ϕ·js =0.6240.0307×2.31213⁄×0.9324×20=758 8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r 2=0.000344m 2.℃/w管壁热阻r 忽略总传热系数：K j =11α1+r 1+r 2d 0d i +1α2d 0d i=11758+0.000344+0.000344(0.0250.02)+13407.5(0.0250.02)=460W m 2⁄℃传热系数比值K j K 0⁄=460400⁄=1.15，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：q 0=Q 0N t πd 0l =2727013720×π×0.025×3=16074Ｗ/m 2.℃ 根据式(3-94a)计算管外壁温度：t w1=t 1−q 1(1α1+r 1)=77.5−16074(1758+0.000344)=43.03℃ 误差较核：t w1−t w1′=50−50.54=−0.54 ℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管内壁温度：t w2=t 2+q 1d 0d i (1α2+r 2)=35+160740.0250.02(11186+0.000344)=58.8℃ ； 壁温下水的粘度：μw2=486×10−6 Pa·s；粘度修正系数：ϕ2=(μ2μw2)0.14=(727.7×10−6486×10−6)0.14=1.05；查图3-30得管程摩擦系数：λ2=0.0078管程数 ：N t =2；管内沿程压降计算依据式（3-112）：∆p i =(W 222ρ)(l·N t d n )(λ2ϕ2)=(0.23575×976)22×976·3×40.02·0.0781.058=599.8Pa （W=w.ρ） 回弯压降：∆p b =W 222ρ2·4·n =(0.23575×976)22×976·2·4=216Pa ；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s ； (依据ρw 2<3300取 w=1.822m/s)进出口管处压降(依据 3-113)：∆p n2=W n222ρ2×1.5=175022×976×1.5=2353.4；管程结垢校正系数：ϕd2=1；管程压降：∆p2=(∆p i+∆p b)ϕd2+∆p N2=(599.8+216)×1+2310.7=3452.82 Pa11）壳程压降计算：壳程当量直径：d e=D i2−N t·d02D i+N t·d0=0.92−720×0.02520.9+720×0.025=0.019m；雷诺数：Re1=W1d eμ1=483.08×0.190.7275×10−3=12616；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34) 管束压降（公式3-129）：∆p i=W122ρ1·D i(n b+1)d e·λ1ϕ1=483.0822×992.9·0.9×100.019·0.080.9206=4837Pa；取进出口质量流速：W N1=1000 kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：∆p N1=W N122ρ1·1.5=100022×992.9×1.5=335.7Pa；取导流板阻力系数：ξd=5; 导流板压降：∆p d=W N122ρ1·ξp=100022×992.9×5=2517.87Pa壳程结垢修正系数：ϕd=1.38；(表3-12)壳程压降：∆p l=∆p0ϕd+∆p d+∆p N1=4837×1+2517.9+335.7=7690.7Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。