紧凑绕管式换热器的优化设计
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• 李健伟等利用ANSYS对实 际绕管式换热器建立了管 板结构分析有限元模型。
• 尹接喜等提出了并管传热 模型
国外发展现状
• 在国外, 1898年德国林德公 司首次开发了绕管式换热 器。目前缠绕管式换热器 广泛应用于大型空气分离 装置的过冷器及液化器(液 体氧、液体氨装置),林德 公司在合成氨甲醇洗系统 中推出了缠绕管换热器系 列。
计算流程：
创建Excel表格
输入原始数据
输入介质物性参数
输入需求项目名称
建立各项目和以上参数的函数关系式
调整关键设计数据
对比分析设计数据
得出合理h设计数据
11
4研究结论与展望
• 总传热系数和 压降是衡量换
热器优劣的重
要参数。本设 计参考Linde 公 司提供的绕管
式换热器的工
艺数据与本设
计的关键参数 进行对比分析
h
7
3研究方法及过程
平均温差法
P1-P2法
ε-NTU法
集总
参数 模型
ψ-P法
P-NTU法
h
8
3研究方法及过程
• 由于任务书要求本设计管壳程介质均为天 然气，且进出口温度始终高于天然气的沸 点-162.49 ℃，则本设计介质为单相流传热 问题，故本设计选用集总参数模型，运用 平均温差法来进行热力计算。
h
6
3研究方法及过程
集总参数模型： 这类模型是最典型的热交换器的设计模
热
型，它们是在两股单相流的热平衡的基
力
础上建立起来的。
计
分布参数模型：这类模型是将换热器分成不同规格单元，
算
并将集合参数模型运用到它们中，和就
模
是最常见的形式。
型
流 的 演 化：流的演化是对每股流在一维空间上存在
着质量、动量、能量平衡的稳态模型， 这类模型通常被植入到专用软件中
• 这里的一切都是这么美好，特别是优秀的老师们，特别感谢教 过我的每一位老师，还有辅导员李莎老师，是各位老师让我成 长到足以自立，是各位老师教我的知识和技能让我能够独立走 向社会，也是各位老师四年来的教导才使我有能力写这篇毕业 设计，谢谢您！
h
15
紧凑绕管式换热器的 优化设计
答辩人：侯东萍
学 号：2013444226
h 导 师：田野
1
目录
1、研究背景
2、研究目的及意义 3、研究方法及过程
4、研究结论与展望
h
2
1研究背景
绕管式换热器：
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
h
5
2研究目的及意义
• 学习前人对绕管式换热器的研究可以发现， 前人的研究主要侧重于对换热器模型的构建、 结构的研究以及对换热器的传热效率的提高。
• 但是绕管式换热器的热力计算非常复杂，尤 其是牵扯到两相流问题的设计。而我国对换 热器热力计算优化计算的研究还很少，因此 对热力计算进行优化对我国绕管式换热器的 发展有着很大的促进作用，故本设计以优化 热力计算为目标。
项目
总传热系数
实际传热面积 管程压降 壳程压降
m2
Kpa
Kpa
设计值 对比值 偏差
526.3 526 0.05%
2380 2400 0.84%
150
29
133
35
11.6%
19%
h
12
4研究结论与展望
• 管壳侧压降都与原设计值相比偏小，这可能 是因为计算压降时, 仅计算管侧在管内的压降, 壳侧仅计算管束有效高度的压降, 未考虑封头 管板等局部阻力, 因此造成压降计算偏小。
h
14
致谢
• 匆匆忙忙终于完成了毕业设计，在这里不得不感谢我的良师益 友田野老师，对于没写过科技论文的我来说，写论文的第一感 觉就是迷茫，是田老师给我指明了毕业设计的大方向，并在写 作方法和写作技巧上给了我很多非常有用的建议，这对我毕业 设计的完成起着至关重要的作用。
• 从青涩到成熟，重庆科技学院承载了我的最后的青春，说这里 是我第二家乡也毫不为过，由衷感谢重庆科技学院对我的培养， 让农村来的我见识了丰富多彩的世界，让我的未来多了更多可 能。
h
3
1研究背景
优点
结构紧凑，单位体 积换热面积大。 100-170 m2 / m3 同时处理多股流体 换热
冷热端温差小，传 热效率高
自行补偿热膨胀效 应
绕管式 换热器
缺点
传热计算复杂
流动阻力大
壳程流体分布 均匀性差
对介质清洁度 高 制造成本高， 难度大
h
4
1研1研究究背背景景
Байду номын сангаас国内发展现状
• 贾金才用数值模拟方法研 究了绕管式换热器壳程几 何结构对换热的影响。
h
9
3研究方法及过程
• 一般情况下，换热器的热力计算都比较复 杂，公式繁多，需要处理大量的数据，结 构设计也需要进行大量的计算，为优化设 计，简化计算，本文采用了Excel表格来辅 助计算，处理数据。
• Excel表格可建立函数关系式把各参数联系 起来，从而达到优化计算的效果
h
10
3研究方法及过程
• 通过以上对比得出，换热器的各设计参数都 保持在比较理想的范围内，基本能符合生产 需求。这表明本设计的设计方法符合设计要 求，且能达到优化效果，为紧凑绕管式热交 换器的的研究提供了一种参考。
h
13
4研究结论与展望
• 在设计过程中存在着不小的困难，参考资 料的查找比较困难，尤其是介质物性参数 的查找，这也说明本设计存在着很大的研 究空间，比如可以把物性参数表融入到 Excel表格中，使输入已知的介质参数便能 利用表格计算出相关物性参数，这将大大 有利于绕管式换热器的设计。
• 尹接喜等提出了并管传热 模型
国外发展现状
• 在国外, 1898年德国林德公 司首次开发了绕管式换热 器。目前缠绕管式换热器 广泛应用于大型空气分离 装置的过冷器及液化器(液 体氧、液体氨装置),林德 公司在合成氨甲醇洗系统 中推出了缠绕管换热器系 列。
计算流程：
创建Excel表格
输入原始数据
输入介质物性参数
输入需求项目名称
建立各项目和以上参数的函数关系式
调整关键设计数据
对比分析设计数据
得出合理h设计数据
11
4研究结论与展望
• 总传热系数和 压降是衡量换
热器优劣的重
要参数。本设 计参考Linde 公 司提供的绕管
式换热器的工
艺数据与本设
计的关键参数 进行对比分析
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3研究方法及过程
平均温差法
P1-P2法
ε-NTU法
集总
参数 模型
ψ-P法
P-NTU法
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3研究方法及过程
• 由于任务书要求本设计管壳程介质均为天 然气，且进出口温度始终高于天然气的沸 点-162.49 ℃，则本设计介质为单相流传热 问题，故本设计选用集总参数模型，运用 平均温差法来进行热力计算。
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3研究方法及过程
集总参数模型： 这类模型是最典型的热交换器的设计模
热
型，它们是在两股单相流的热平衡的基
力
础上建立起来的。
计
分布参数模型：这类模型是将换热器分成不同规格单元，
算
并将集合参数模型运用到它们中，和就
模
是最常见的形式。
型
流 的 演 化：流的演化是对每股流在一维空间上存在
着质量、动量、能量平衡的稳态模型， 这类模型通常被植入到专用软件中
• 这里的一切都是这么美好，特别是优秀的老师们，特别感谢教 过我的每一位老师，还有辅导员李莎老师，是各位老师让我成 长到足以自立，是各位老师教我的知识和技能让我能够独立走 向社会，也是各位老师四年来的教导才使我有能力写这篇毕业 设计，谢谢您！
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紧凑绕管式换热器的 优化设计
答辩人：侯东萍
学 号：2013444226
h 导 师：田野
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目录
1、研究背景
2、研究目的及意义 3、研究方法及过程
4、研究结论与展望
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1研究背景
绕管式换热器：
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
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2研究目的及意义
• 学习前人对绕管式换热器的研究可以发现， 前人的研究主要侧重于对换热器模型的构建、 结构的研究以及对换热器的传热效率的提高。
• 但是绕管式换热器的热力计算非常复杂，尤 其是牵扯到两相流问题的设计。而我国对换 热器热力计算优化计算的研究还很少，因此 对热力计算进行优化对我国绕管式换热器的 发展有着很大的促进作用，故本设计以优化 热力计算为目标。
项目
总传热系数
实际传热面积 管程压降 壳程压降
m2
Kpa
Kpa
设计值 对比值 偏差
526.3 526 0.05%
2380 2400 0.84%
150
29
133
35
11.6%
19%
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4研究结论与展望
• 管壳侧压降都与原设计值相比偏小，这可能 是因为计算压降时, 仅计算管侧在管内的压降, 壳侧仅计算管束有效高度的压降, 未考虑封头 管板等局部阻力, 因此造成压降计算偏小。
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致谢
• 匆匆忙忙终于完成了毕业设计，在这里不得不感谢我的良师益 友田野老师，对于没写过科技论文的我来说，写论文的第一感 觉就是迷茫，是田老师给我指明了毕业设计的大方向，并在写 作方法和写作技巧上给了我很多非常有用的建议，这对我毕业 设计的完成起着至关重要的作用。
• 从青涩到成熟，重庆科技学院承载了我的最后的青春，说这里 是我第二家乡也毫不为过，由衷感谢重庆科技学院对我的培养， 让农村来的我见识了丰富多彩的世界，让我的未来多了更多可 能。
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1研究背景
优点
结构紧凑，单位体 积换热面积大。 100-170 m2 / m3 同时处理多股流体 换热
冷热端温差小，传 热效率高
自行补偿热膨胀效 应
绕管式 换热器
缺点
传热计算复杂
流动阻力大
壳程流体分布 均匀性差
对介质清洁度 高 制造成本高， 难度大
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1研1研究究背背景景
Байду номын сангаас国内发展现状
• 贾金才用数值模拟方法研 究了绕管式换热器壳程几 何结构对换热的影响。
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9
3研究方法及过程
• 一般情况下，换热器的热力计算都比较复 杂，公式繁多，需要处理大量的数据，结 构设计也需要进行大量的计算，为优化设 计，简化计算，本文采用了Excel表格来辅 助计算，处理数据。
• Excel表格可建立函数关系式把各参数联系 起来，从而达到优化计算的效果
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10
3研究方法及过程
• 通过以上对比得出，换热器的各设计参数都 保持在比较理想的范围内，基本能符合生产 需求。这表明本设计的设计方法符合设计要 求，且能达到优化效果，为紧凑绕管式热交 换器的的研究提供了一种参考。
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13
4研究结论与展望
• 在设计过程中存在着不小的困难，参考资 料的查找比较困难，尤其是介质物性参数 的查找，这也说明本设计存在着很大的研 究空间，比如可以把物性参数表融入到 Excel表格中，使输入已知的介质参数便能 利用表格计算出相关物性参数，这将大大 有利于绕管式换热器的设计。