7管壳式换热器设计计算实例精品PPT课件

1 传热量的计算 2 传热系数的计算 3 换热系数和压力损失的计算
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大作业二
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传热过程的分析和计算
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的 过程称传热过程。
传热过程分析求解的基本关 系为传热方程式
ktA f1 tf2
式中 K为传热系数（在容易与对流换热表面传热系数想混淆时，称总 传热系数）。
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校核计算：首先输入运行条件及已 知参数，通过假定一侧出口温度， 计算另一出口温度，由4个进出口 温度的热平衡式和传热方程式分别 计算传热量，并进行对比直到满足 精度要求，最后输出换热器的运行 参数。具体步骤如右图：
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实例1：水与湿空气热交换 管壳式换热器优化设计
•由于对管程出口湿空气的特殊 要求，要求在达到换热温度的 同时将压降控制在允许范围。
管壳式换热器的设计计算
管壳式换热器的设计计算过程可视具体情况作适当调整，对设 计结果应进行分析，发现不合理处要有一定的反复。
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设计计算：首先输入设计参数，计 算有效传热温差、热负荷并初选总 传热系数，计算换热器结构参数， 然后分别对传热系数、管程阻力损 失及壳程阻力损失进行校核，最后 输出合理的换热器结构及相关参数。 具体步骤如右图：
•在满足换热条件的情况下，要 求提高换热效率，缩小换热体 积。
• 所以设计时，需统筹换热效率 与压降损失两方面因素，实现 对换热器的优化。
•设计流程中可以忽略壳程流体 传热膜系数以及壳程压降对换 热器的影响。
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一、传热模型分析 1）总传热系数：以内表面为准
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2）管程传热系数：湿空气等低粘度流体在湍 流情况下的管程传热系数
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常见的翅片管形式
•
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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。
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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。
内部对流： hidil(tf1tw)i
圆柱面导热：Φ
(twi two ) 1 ln( do )
2 l di
外部对流： hodol(tw otf2)
hi ho
1 lhiwenku.baidu.com i
1 ho ld o
ln(do di ) 2 l
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上面三式相加
ltfi tfo
1 1 lndo 1
hidi 2 di hodo
翅片按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两
大类，其他类型都是这两大类的变形，例如大螺旋角翅片管接近
纵向，而螺纹管则接近横向。
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是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺 寸应根据管内、外两侧流体的传热性能选择。通常宜将翅片 装在换热系数小的一侧；当两侧换热系数较接近时，以在内、 外两侧均加翅片，或外加翅片，内加麻花铁、螺旋体等扰动 元件。
• 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅 片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的 接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方 法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此 外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机 械加工等方法制造。
• 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传 热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。
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。
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
k ko
do
1 do lndo 1
hidi 2 di ho
从热阻的角度来看
k1o Ahi1Ai 21llnd do i ho1Ao
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通过翅壁的传热
翅壁面积： Ao A1A2
稳态下换热情况：
hiAi(tf1tw1)
Ai(tw1two)
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二、压力降分析
仅考虑管程流体的压力损失，由3部分组成：
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三、结构分析及参数优化
1）结构分析
由管壳式换热器结构确定传热面积： 换热器壳体直径有关系式：
2）参数优化
在固定壳程数后，余下的结构自有参数为管长L，管程数Np，每程管数N以 及管内径di。
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大作业一
四、实际算例
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第四节 翅片管热交换器
钢铝复合翅片管是由钢管和 铝管经复合后在轧制出翅片 的散热管。表面均经阳极化 处理，色泽美观大方，且能 有效的防止表面腐蚀 。
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翅片管基本几何尺寸包括：基管外径和管壁厚；翅片高度和翅片 厚度；翅片距；翅化比（单位长度翅片管翅化表面积与光管外表 面之比）；管长。
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翅片管换热器的传热计算与阻力计算
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通过平壁的传热
单层
k
1
1
1
h1 h2
多层
k
1
1
n i 1
h1 i1 i h2
说明： (1)由于平壁的两侧的面积是相等的，因此传热系数的数值
不论对哪一侧来说都是一样的。
（2） h1和h2的计算；
（3）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数(总表面
传热系数)
ht hc hr
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通过圆管的传热
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机械连接翅片：有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式
绕片式传热性能较差，主要是接触热阻的存在；
套片式传热性能较好，因为翅片紧套于管表面上后在加以表面
热镀锌；
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单金属翅片管结构示意图（纵剖面）
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双金属翅片管结构示意图（纵剖面）
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双金属翅片管
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复合翅片管
复合翅片管是由铝管和其它金属整体轧制而成。 无接触热阻，传热性能好，防腐蚀性能高，流动损失 小， 耐热震和机械震动，热膨胀性能好，且有可观的 扩展换热面。 用这种翅片管制成的换热器，效果领先于串片或绕片 等其它形式的散热器。