管壳式换热器设计
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器结构设计
管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。
本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。
一、管壳式换热器的基本结构管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、进出口接管等部件组成。
其核心部分是管束，它由许多平行排列的传热管组成。
这些传热管的一端与壳体连接，另一端则通过封头与进出口接管相连。
在操作时，一种流体（例如水或油）在管内流动，另一种流体（例如蒸汽或冷凝液）在壳侧流动，两种流体通过管壁进行热交换。
二、材料选择与优化管壳式换热器的材料选择对其性能和可靠性至关重要。
壳体通常采用碳钢、不锈钢和钛等材料，而管束则通常采用不锈钢、铜和钛等具有优良传热性能和抗腐蚀性的材料。
在某些特殊情况下，还可以考虑对关键部位进行表面处理，以提高抗腐蚀性和耐磨性。
三、传热原理与优化管壳式换热器的传热原理主要是通过对流传热和热传导的组合来实现的。
为了提高设备的传热效率，可以采用以下措施：1、改变折流板的形状和布置，以增加壳侧流体的湍流度。
2、选择具有高导热系数的材料，以提高管壁的热传导性能。
3、适当增加管束数量和布置密度，以增加传热面积。
四、应用特点与优势管壳式换热器在各种工业领域中得到了广泛应用，主要特点有：1、结构紧凑，占地面积小，易于布置。
2、材料选择广泛，适用于各种不同的工艺条件和腐蚀性介质。
3、传热效率高，能够实现两种流体的有效热交换。
4、制造工艺成熟，操作维护方便，使用寿命较长。
五、结论本文对管壳式换热器的结构设计进行了全面分析，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容。
通过合理的结构设计，可以显著提高管壳式换热器的传热效率和可靠性，使其在各种工业领域中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步，管壳式换热器的设计和制造水平也将不断提升，为工业生产带来更大的价值。
六、展望随着工业生产的不断发展和能源紧缺的压力日益增大，管壳式换热器的应用前景更加广阔。
管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器设计和选型首先，管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定，主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。
根据设计要求，可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。
在设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.热力计算：根据热源和热负荷的温度和流量要求，进行热力计算，确定所需的换热面积。
2.材料选择：根据工作介质的性质和工作条件，选择合适的材料，如不锈钢、铜合金等，以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。
3.管道布置：根据介质的流态和流速等因素，确定管道的布置方式，如串流、并流、交叉流等，以实现最佳的换热效果。
4.换热面积：根据设计要求和换热性能，确定所需的换热面积，以满足换热要求。
5.清洗和维护：在设计过程中，要考虑到换热器的清洗和维护，选择合适的结构和材料，以方便换热器的维护和清洗。
在选型过程中，需要考虑以下几个因素：1.流体性质：选型时需要考虑流体的性质，包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。
不同的流体对换热器的要求不同，需要选择适合的换热器类型和材料。
2.温度和压力：根据工作条件确定换热器的温度和压力范围，选择符合要求的换热器。
3.环境限制：考虑到环境因素，如空间限制、气候条件等，选择适合的换热器尺寸和类型。
4.经济效益：综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素，选择经济、高效的换热器。
5.供应商选择：选择有经验和信誉良好的供应商，确保提供优质的产品和服务。
总之，管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条件来确定，需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清洗和维护等因素，并在选型过程中考虑流体性质、温度和压力、环境限制、经济效益和供应商选择等因素，以确保设计符合要求，选型合理可靠，并能够实现高效换热。
管壳式换热器的设计及计算
管壳式换热器的设计及计算管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。
它由一个外壳和多个热交换管组成。
在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。
下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。
首先，选择适合的换热器类型。
根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。
每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。
接下来，确定换热器的尺寸。
首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。
一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。
然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。
根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。
确定流体特性是设计换热器的关键一步。
需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。
这些参数将用于计算热量传递量和压降。
此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。
计算热量传递量是设计换热器的核心任务。
可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。
传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。
通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。
最后，要计算管壳式换热器的压降。
压降是流体通过换热器时产生的能量损失。
为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。
可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。
根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。
综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质，而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式，可以实现两种介质之间的热量转移，达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分，通过将多根管子固定在管板上，形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳，起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内，与管内流体进行热量交换，然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计，既保证了换热效率，又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中，介质可能存在腐蚀、高温等问题，因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况，还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定，它与换热效果直接相关。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好。
其次是流体的流速和流量，它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外，还需要考虑到换热器的尺寸和重量，以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中，还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如，在高温高压的条件下，需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料；在对流体的温度变化要求较高的情况下，需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率，降低能耗，满足工业生产的需求。
同时，还需要根据具体的工况和要求进行定制设计，以提高设备的安全性和可靠性。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器设计选型
管壳式换热器设计选型
一、换热器选型的基础
在管壳式换热器结构形式中，设计和选型的主要因素有：换热器的负
荷率、传热效率、凝结物沉积、对管壳换热器热性能的影响因素、管壳型
号和规格、在换热器抗冲击性能的影响、铭牌设计性能和管壳强度要求等。
1.关于管壳式换热器的负荷率
在计算换热器的负荷率时，需要考虑换热器的负荷率与介质流量温度
有关，当流量温度越大，换热器的负荷率越大，但流量温度比较低时，换
热器的负荷率就较低。
在负荷率计算中，还需要考虑其他因素如液体的粘度、流体压力、换热面积、单位传热面积等。
2.关于管壳式换热器的传热效率
换热器的传热效率主要取决于换热器的几何结构，以及内、外管壳间
的接触面积大小，而内、外管壳间的接触面积的大小，又是由管壳结构型
号和规格参数决定的，所以，选择管壳型号和规格参数时，必须考虑到换
热器的传热效率。
3.凝结物沉积
凝结物沉积是管壳式换热器热性能的一个重要因素，它包括水铁、水铝、水锡等，这些凝结物会影响换热器的传热效率，严重影响换热器的使
用寿命。
管壳式换热器的设计及选型指导
管壳式换热器的设计及选型指导
首先，设计管壳式换热器时需要确定换热器的传热负荷。
传热负荷是
根据换热介质的热容、进出口温度差以及流量等参数计算得出的。
对于不
同的工况和换热介质，传热负荷不同，因此需要根据具体情况进行计算。
其次，设计时需要确定管道的结构形式。
常见的管壳式换热器结构形
式有单通道、多通道和多分流型。
单通道结构适用于流量较小的换热介质，多通道和多分流型适用于流量较大的换热介质。
在确定结构形式时，需要
考虑换热效果、流体流动状态以及材料成本等因素。
然后，设计时需要选择合适的材料和密封方式。
管壳式换热器常用的
材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。
材料的选择需要考虑介质的特性，如酸
碱性、腐蚀性等。
密封方式有悬挂式、焊接式、密封垫等，需要根据具体
工况选择合适的密封方式。
最后，进行选型时需要综合考虑换热器的性能和经济性。
性能指的是
换热器的传热效率、耐压能力、防腐性等。
经济性则包括材料成本、维护
费用等因素。
在选型时，需要根据实际情况进行权衡，选择最合适的换热器。
总之，管壳式换热器的设计和选型需要考虑传热负荷、结构形式、材
料选择、密封方式以及性能和经济性等因素。
通过合理的设计和选型，可
以使换热器的性能得到最大发挥。
同时，还需要注意换热器的安装、调试
和维护等工作，以确保其安全、可靠地运行。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
(完整版)HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
01
通过桌面快捷方式启动；
02
在开始菜单中找到HTRI软件并启动；
通过命令行启动（需要知道软件安装路径）。
03
界面布局及功能区域划分
菜单栏
包含文件、编辑、视图等常用操作；
工具栏
提供常用功能的快捷按钮；
界面布局及功能区域划分
左侧导航栏
列出可用的设计选项和工具；
主工作区
显示当前设计项目的详细信息。
界面布局及功能区域划分
在HTRI软件中，输入流体的物性参数（如密 度、粘度、导热系数等）、流量、进出口温 度等设计条件。
建立模型
求解过程
根据输入参数，软件自动建立换热器的物理 模型，包括管程、壳程、折流板、管板等结 构。
利用HTRI软件的计算功能，对模型进行传热、 流动和结构分析，得到换热器的性能参数 （如传热系数、压力降等）。
性能评估 通过数值模拟或实验手段，对优化后的换热器性能进行评 估，包括传热系数、压降、热效率等。同时，与初步设计 结果进行对比分析，验证优化效果。
05
案例分析：应用HTRI进行实际 项目设计
案例背景介绍及问题阐述
项目背景
某化工企业需设计一款高效、紧凑的管壳式换热器，用于实现两种 不同温度流体的热量交换。
核算性能
通过初步设计得到的换热器结构 参数，进行性能核算，包括传热 系数、压降、热效率等。
详细设计：结构优化和性能评估
结构优化 在初步设计的基础上，对换热器结构进行优化，如调整管 径、管长、折流板间距等，以提高传热效率、降低压降等。
强度校核 对优化后的换热器结构进行强度校核，确保其在操作条件 下的安全性和稳定性。
THANK YOU
设计区域
用于创建和编辑换热器设计；
管壳式换热器的机械设计
第七章管壳式换热器的机械设计本章重点：固定管板式换热器的基本结构本章难点：管、壳的分程及隔板建议学时：4学时第一节概述一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
二、衡量标准：1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省；2.合理性—可制造加工，成本可接受；3.可靠性—强度满足工艺条件。
三、举例1.冷却器(cooler)1)用空气作介质—空冷器aircooler2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0°C〜-20°C—保冷器deepcooler2.冷凝器condenser1)分离器2)全凝器3.加热器(一般不发生相变)heater1)预热器(preheater)—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降2)过热器(superheater)—加热至饱和温度以上。
4.蒸发器(etaporater),—发生相变5.再沸器(reboiler)6.废热锅炉(wasteheatboiler)看下图说明其结构及名称图卜1换热器樹件名称1—忖箱〔乩乩口门型〉江一接骨法兰；3设备法兰管扳拓一秃程接管：6—拉杆洛勰胀节芒-売休洱-换热管；10-#气管J1—吊耳；12—封头彳13-顶丝门4—双头螺拄门5-燃母JE--垫片门7—防冲板门8—折流扳或支承板19--定距竹：20—拉杆螺母；21—支座辽2排液世；盟-管箱壳体；24曲程接管25分程隔J®；2G-骨箱盈四、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器：优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。
管坏时易堵漏。
缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50°C，设置膨胀节。
适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
2、浮头式换热器：管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。
适用于介质易结垢的场合。
3、填料函式换热器：造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
收集设计资料
收集相关的工艺数据、物性数 据、设备规格等必要信息。
选择设计软件
根据设计任务和设计资料，选 择合适的管壳式换热器设计软
件，如HTRI等。
热力计算与选型分析
热力计算
根据工艺条件和物性数据，进行 热量衡算，确定传热面积、热负 荷等关键参数。
选型分析
根据热力计算结果，选择合适的 换热器型号、管径、管长、管数 等结构参数。
结构组成
管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、封头等部件组成。
结构特点
管壳式换热器具有结构紧凑、传热效率高、适应性强、使用寿命长等特点。
工作原理与性能参数
工作原理
管壳式换热器通过热传导和对流换热的方式，实现热量从高温流体向低温流体的传递。
性能参数
评价管壳式换热器性能的参数主要包括传热系数、压力降、热效率等。
计算实例
以某具体换热器为例，展示详细的热力计算 过程，包括物性参数计算、传热系数确定、 压降计算等。
结构设计优化建议
要点一
结构优化方向
从提高传热效率、降低压降、增强结构强度等方面提出优 化建议。
要点二
具体优化措施
采用高效传热管型、优化折流板结构、改进管板连接方式 等。
性能评估与改进方向
性能评估方法
案例分析：典型管壳式换热器设计实 例
案例背景介绍及设计要求
案例背景
某化工厂需要一种高效、可靠的管壳式 换热器来满足生产过程中的热量交换需 求。
VS
设计要求
换热器需要能够承受高温高压的工作环境 ，同时保证高效的热量传递效率，降低能 耗，提高生产效率。
热力计算过程展示
热力计算流程
确定设计参数 -> 选择合适的热力学模型 > 进行热量平衡计算 -> 确定换热器的主要 尺寸和性能参数。
管壳式换热器及设计
管壳式换热器及设计管壳式换热器是广泛应用于工业领域的一种换热设备，它通过与介质流过的管道间的传热，完成工艺过程中的冷热交换。
在各种工业生产中，管壳式换热器被广泛应用于石油、化工、电力、造纸、食品、制药等行业。
下面将对管壳式换热器的设计进行详细介绍。
管壳式换热器由管束和外壳两部分组成，其中，管束是由多个管子组成，介质通过管子流过，外壳用于固定管束，并通过进出口与介质连接。
换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
首先，换热器的设计需要确定合适的换热面积，以满足工艺要求。
换热面积的大小直接影响到换热效率，一般情况下，面积越大，换热效果越好。
确定面积需要考虑介质流量、温度差以及传热系数等参数，通过计算得出合适的面积。
其次，设计中需要确定合适的介质流速。
介质流速对传热和阻力都有一定的影响，流速过高会增加介质压降，流速过低会影响传热效果。
通过流速的选择，可以提高换热器的传热效率和经济性。
然后，传热系数是设计中需要重点考虑的因素之一、传热系数是指单位面积内的热量传递速率，影响着换热器的传热效率。
传热系数与介质流速、管道材料、传热面积等相关，通过合理选择这些参数，可以提高传热系数，从而提高换热器的性能。
此外，设计中还需要考虑流体阻力的问题。
流体在管壳内的流动会产生阻力，影响介质的流速和能量损失。
设计中需要合理选择流道的宽度和形状，以减小流体阻力，提高流量。
最后，温度梯度也是设计中需要考虑的因素之一、温度梯度是指介质在管壳内的温度差异，直接影响换热效果。
通过合理布置管束和外壳，可以减小温度梯度，提高传热效率和热能利用率。
总之，管壳式换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
通过合理选择这些参数，可以提高换热器的效率和性能，满足工艺过程中的换热需求。
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计一、设计原理：二、工艺要点：1.确定热媒：根据工艺要求，选择合适的热媒，包括流体的物性参数（如密度、比热等）、热传导性能等。
2.确定传热面积：根据传热工质的物性、进出口温度差、热媒的传热系数等参数，计算所需的传热面积。
一般情况下，可以根据热传导的基本公式进行计算，也可以通过经验公式进行估算。
3.确定流量与速度：根据热媒的性质及工艺需求，计算出所需的流量和速度。
流量一般通过流量计进行测量，速度通过壳体内径和流量计算得出。
4.确定壳程和管程流体的传热系数：通过经验公式计算出壳程和管程的传热系数，用于后续的热传导计算。
5.确定传热过程：根据实际情况，选择合适的传热过程，包括对流传热、传导传热和辐射传热等。
6.确定材料和结构：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
同时，结构设计要考虑到换热效果、运行安全性和维护方便性。
三、常见设计问题：1.壳程流体和管程流体的温度差：对于壳程和管程，流体的温度差越大，传热效果越好。
设计时需要考虑流体温度差对换热器的尺寸和传热效率的影响。
2.压降：壳程和管程的流体在换热过程中会产生压降。
设计时需要考虑压降对流体流速和传热系数的影响，并在设计中进行合理的折减和控制。
3.热媒的物性参数：热媒的物性参数对换热器的设计和运行有很大影响。
需要考虑热媒的密度、比热、热传导系数等参数，并在设计中进行合理的估算和计算。
4.材料选择：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
必须考虑材料的耐受性和耐腐蚀性，以及对流体和环境的影响。
总结：管壳式换热器设计涉及多个方面的参数和工艺要求，包括热媒选择、传热面积计算、流量和速度确定、传热系数估算、传热过程选择、材料和结构设计等。
在实际设计中，需按照工艺要求和运行条件合理选择参数和材料，并通过模拟计算和经验公式进行设计。
同时，需要注意常见的设计问题，如温度差、压降、热媒物性参数和材料选择等。
通过合理的设计和选择，可以实现管壳式换热器的高效工作和长期稳定运行。
管壳式换热器原理与设计
管壳式换热器原理与设计管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、炼油、石油化工、动力、核能等多个工业领域。
其工作原理和设计要点如下：工作原理：基本构造：管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、管箱等部件组成。
壳体通常为圆筒形，内部装有平行排列的管束，管束两端固定在管板上。
流体通过管内（管程）和管外（壳程）进行热交换。
热量传递：冷热两种流体分别在管程和壳程中流动，热量通过管壁从高温流体传递给低温流体。
一种流体在管内流动（管程流体），另一种流体在管外，即壳体内流动（壳程流体）。
热量传递遵循热力学第二定律，从高温区自发流向低温区。
强化传热：为了提高传热效率，壳程内常设置折流板，迫使壳程流体多次改变方向，增加流体湍流程度，从而提高传热系数。
管束的排列（如等边三角形或正方形）也会影响传热效率和清洁维护的便利性。
设计要点：流体选择：根据工艺要求决定哪种流体走管程，哪种走壳程。
一般而言，易结垢或腐蚀性的流体走管程便于清洗和更换管束。
材料选择：根据流体的性质（如温度、压力、腐蚀性）选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜合金等，以确保换热器的耐用性和安全性。
热负荷计算：根据工艺条件计算所需的热负荷，确定换热面积，进而决定管束的数量、长度和直径。
压降考虑：设计时需考虑流体在管程和壳程中的压降，确保泵送能耗合理，避免因压降过大导致系统运行不稳定。
结构设计：包括管板的设计（固定管束的方式）、壳体厚度设计、支撑和悬挂结构设计等，以保证换热器的机械强度和稳定性。
清洗与维护：设计时应考虑换热器的可维护性，如管束的可拆卸性，以及便于清洗壳程内部的结构设计。
综上所述，管壳式换热器的设计是一个综合考虑热工性能、机械强度、材料选择、经济性和可维护性的复杂过程，需要精确的计算和细致的工程设计。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计1. 管壳式换热器概述管壳式换热器是一种常见且广泛应用于工业领域的换热设备。
它主要由壳体、热交换管束、管板、进出口管道和支撑结构等组成。
通过壳体内外流体的传热和传质，实现不同流体之间的能量交换。
管壳式换热器的设计对于提高传热效率、减少能源消耗、降低设备运行成本具有重要意义。
在设计过程中，需要考虑多个因素，包括选择合适的换热管材料、确定合适的管束结构、优化流道布局等。
2. 管壳式换热器设计步骤2.1 确定操作参数在进行管壳式换热器设计前，首先需要明确操作参数，包括流体的流量、温度、压力等。
这些参数的确定对于选择合适的换热器尺寸和换热面积至关重要。
2.2 选择合适的换热管材料在进行换热器设计时，需要根据流体的特性选择合适的换热管材料。
常见的换热管材料包括碳钢、不锈钢、铜合金等。
根据流体的性质、温度和压力等因素，选择耐腐蚀、导热性好的管材。
2.3 确定管束结构管束结构的设计直接影响到换热器的传热效率和压降。
通常有多种不同的管束结构可供选择，如固定管板式、浮动管板式和U型管式等。
根据具体需求和操作参数，选择合适的管束结构。
2.4 流道布局优化流道布局对于管壳式换热器的性能至关重要。
良好的流道布局可以提高流体的流动速度，增加传热面积，从而提高换热效率。
通过合理的流道设计，可以减小压力损失，降低能源消耗。
2.5 确定热交换面积根据操作参数和所选的管束结构，计算出所需的热交换面积。
通常使用LMTD （Log Mean Temperature Difference）法进行计算。
2.6 设计壳体结构和管道连接根据热交换需求和操作参数，设计合适的壳体结构和管道连接。
壳体结构应具有良好的强度和刚度，同时要考虑便于清洁和维修的因素。
3. 管壳式换热器设计的优化方法3.1 流体动力学模拟利用流体动力学模拟软件对管壳式换热器的流动状态进行模拟和分析，以优化流体的流动路径和流速分布，提高传热效率。
3.2 换热管材料优化选择通过对不同换热管材料的性能进行评估和比较，选择性能更好的材料，以提高换热效率和延长换热器的使用寿命。
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对于无相变设计， 当折流板的数目足够多时， 子单元内的平均温度差近似等于两流体靠近前端 管箱一侧的温度差， 但对于冷凝计算， 若直接用靠 近前端管箱一侧的温差代替对数平均温差 ， 误差 较大， 需引入温差修正系数 F t ， 壳程流体传热速 率方程： Q = Ft U Sx （ t' － T x ） n （ 1）
XU Guangdi， ZHOU Guoyan， ZHU Dongsheng， ZENG Liding， ZHU Lingyun， ZHU Hui， GUO Zhen
（ Key Laboratory of Pressure Systems and Safety of Ministry of Education， School of Mechanical and Power Engineering， East China University of Science and Technology， Shanghai 200237 ， China） The workload of traditional heat exchanger design is heavy and the efficiency is very low． Conventional design method
需要借助专业物性软件生成的冷凝曲 温度分布， 线来计算， 利用专业物性软件实际上只是得到热 流体几个温度点和气相分率及对应的焓值 ， 对于 特定介质， 其冷凝曲线是确定的， 因此可以拟合出 焓值 － 温度和气相分率 － 温度间的关系式， 进而 ［11 ］ 求解温度分布 。这里以 1 － 2 型冷凝器设计为 例 （ 管程冷凝 ） ， 介绍冷凝温度分布计算， 如图 2 所示， 换热器折流板数为 N b ， 管程数为 n， 模型做 以下假设： （ 1 ） 冷却介质质量流速及定压比热沿整个换 热器是常量。 （ 2 ） 壳程流体在横截面上均匀混合， 温度相 等。
Abstract ：
is rough，which creates large deviation． Based on VB6． 0 ，this paper has developed a new heat exchanger design software using sectional design method，This method divides exchanger into a finite number of units in accordance with the process structure， solves each unit inlet and outlet temperature under the process condition， followed by the design of each unit， and then completes the whole design of heat exchanger． Segmented calculation is fully considered the impact of the fluid properties with temperature change， the design error is very small contrast to HTRI． This software can be used for selected type design， as well as optimal design， which takes the ratio of the overall heat transfer coefficient and the total pressure drop as evaluation criteria and selects the highest performance structure． Key words： shellandtube heat exchanger； temperature distribution； segmented calculation； software
教育部交叉学科与重大项目培育基金项目； 承压系统与安全教育部重点实验室重点科研基地专项基金项目
2013 年第 41 卷第 4 期
ห้องสมุดไป่ตู้
流
体
机
械
39
温度 变 化 较 大 时， 流体物性参数的影响会很 ［4 ， 5 ］ ， 大 这也是换热器设计不确定性的主要原因， 基于上述问题， 本文采用分段设计方法， 将换热器 按照管壳程结构划分成有限个单元， 分别进行设 计计算， 有效减小换热器设计误差。 随着计算机的发展， 工业设计大都采用计算 VB6． 0 作为 Windows 系统下的 机程序进行计算， ［6 ， 7 ］ ， 软件开发工具 具有开发效率高、 设计灵活、 界面友好、 交互性强等优点， 本文运用 VB6． 0 编 程语言， 开发了管壳式换热器设计软件， 不仅节省 计算时间， 而且提高了设计精度， 还能为后续软件 升级提供保证。 2 2． 1 设计原理 分段设计
檭殐
管壳式换热器设计及软件开发
许光第， 周帼彦， 朱冬生， 曾力丁， 朱凌云， 朱 辉， 郭 震
Development of the Design Software for Shell and Tube Heat Exchanger
前言
点和难点在于壳程流体流动与传热具有复杂性和 不确定性， 结果难以准确预测， 所以准确计算壳程 传热膜系数和压降成为管壳式换热器设计的一个 ［2 ］ 重要研究对象 。 目前公开的设计方法结果都 其中 Bell 法是应用最为广泛， 也是计 不很理想， ［3 ］ 算相对最准确的设计方法 ， 这种方法把换热器 作为一个整体来考虑， 但未能涉及到换热器内部 的温度场和随温度场变化的一系列参数， 尤其是
1
设计方法粗糙、 设计精度低是传统管壳式换 ［1 ］ 热器制 造 成 本 和 运 行 成 本 过 大 的 原 因 之 一 。 国外对管壳式换热器设计的研究已经取得了显著 成果， 其中影响最大的是 HTRI 和 HTFS 两家公 司， 但出于商业机密原因， 设计方法一直没有公 开。在管壳式换热器发展的几十年中， 设计的重
在换热器设计中， 各设计目标之间存在一定 这使得构造目标函数最优点集的隶属 的矛盾性， 函数非常困难， 流体物性参数随温度的变化是产 生不确定性的主要因素， 而传统的换热器设计方 法未能从根本上解决这些问题。本文采用分段计 ［8 10 ］ ， 将换热器按照管壳程的几 算方法进行设计 何结构和流动形式分为有限个连续的换热单元 ， 流体物性取每个单元平均温度对应的物性参数 ， 有效降低了物性变化带来的影响 。如果壳程数为 Ns， 管程数为 n， 折流板数为 N b ， 那么总换热单元 单壳程双管程 数为（ N b + 1 ） N s n 个； 如图 1 所示， 换热器， 折流板数为 2 ， 则共有 6 个换热单元。 分 别求出每个单元流体的进出口温度， 得到各单元 的传热系数和压降， 进而求出整个换热器的总传 热系数和压降， 完成工艺计算， 可以看出， 分段设 计计算最重要的步骤是要得到每个单元的温度分 布。
（ 5） 联立式（ 1 ） 和 （ 5 ） 可得 Ⅰ 管程第 x 单元温度
40
FLUID MACHINERY
No． 4 ， 2013 Vol. 41 ，
t1 ； 同理， 可得下方Ⅱ管程第 x 单元温度。 开始计算时需初选换热系数 U 及温差修正 系 数 F t ，如 果 最 右 端 单 元 温 度 t Ⅱ －n（ N b +1） ＜ t1 －n（ N b +1） ， 或者 t Ⅱ －n（ N b +1） t1 －n（ N b +1） ， 则重新选择 返回迭代计算； 如果换热系数超出经验 换热系数， ， 值范围 则调整 Ft 值， 返回迭代计算， 直至满足条 件。计算得到单元温度分布后， 代入式 （ 3 ） ， 可得 到单元气相分率。 2． 3 设计计算 对于无相变传热， 根据每个单元的雷诺数 Re 选择对应的传热与压降公式进行计算 。对于有相 变传热（ 冷凝传热或沸腾传热 ） ， 需首先计算流型 Cg Rlh ， 参数 和均相流体积分率 根据流型图判断 单元流体流动状态， 并选择公式计算； 对于有相变 传热压降计算， 需根据气相分率判断流动模型，y y ＜ 0． 7 时为分离流， ≥ 0 ． 7 时为均相流， 依次完成 单元设计计算。 管程平均传热系数：
图1 管壳式换热器分段单元示意
Sx （ t' Ⅰ － T x ） n
（ 4）
2． 2
温度分布
管程流体能量方程为： Q1 = m t （ h Ⅰ － h' Ⅰ ）
＇ 2 = mt ［ （ at2 ）］ 1 + bt1 + c ） － （ at1 + bt' + c
采用有限差分法计算单元温度分布， 不仅简 单快捷， 而且精度很高。 雷俊杰等对换热器无相 变传热温度分布计算做了详细研究， 但对于冷凝
已知管程进出口温度和管箱侧的壳程温度， 则换热器设计型计算和校核型计算时的所有工艺 温度都可以得到。根据物性软件拟合焓值 － 温度 和气相分率 － 温度间的关系式： h = at2 + bt + c y = mt + nt + p
2
（ 2） （ 3）
从左向右依次进行设计计算， 边界条件： S = 0 时， tⅠ = to ， tⅡ = ti ， Tx = To 以壳程第 x 个单元为研究对象， 管程上方子 单元内， 壳程流体速率方程为： Q1 = F t U
αt = 式中
∑ i =1
α ti A ti （ 6） 3． 2 软件功能
图3
软件输入界面
At
— —管内单元传热膜系数， W / （ m2 ·K） αti — A ti — — —管内单元换热面积， m2 壳程平均传热系数：