(完整word版)换热器设计计算.doc

换热器设计计算步骤

1.管外自然对流换热

2.管外强制对流换热

3.管外凝结换热

3

已知：管程油水混合物流量 G ( m/d) ，管程管道长度 L (m) ，管子外径 do (m)，管子内径 di (m)，热水温度 t ℃，油水混合物进口温度 t1’, 油水混合物出口温度 t2”℃。

1.管外自然对流换热

1.1 壁面温度设定

首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值， t w℃，热

水温度为 t ℃，油水混合进口温度为t1'℃，油水混合物出口温度为t1"℃。

t w 1

(t t1" ) 2

1.2 定性温度和物性参数计算

管程外为水，其定性温度为( K 1 ) ℃

t2 1

(t t w ) 2

管程外为油水混合物，定性温度为t2'℃

t2 '1

(t1' t1" ) 2

根据表 1 油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值

一般需要查出的为密度( kg / m3 ), 导热系数(W /(m K )) ，运动粘度 ( m2 / s) ，体积膨胀系数 a ( K1)，普朗特数 Pr 。

表 1 油水物性参数表

水

t ρλv a Pr

10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52

20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02

30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42

40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31

50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54

60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99

70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55

80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21

90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95

100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75

油

t ρλv a Pr

10 898.8 0.1441 0.000564 6591

20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335

30 886.6 0.1423 0.000153 1859

40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121

50 874.6 0.1405 5.74E-05 723

60 868.8 0.1396 3.84E-05 493

70 863.1 0.1387 0.000027 354

80 857.4 0.1379 1.97E-05 263

90 851.8 0.137 1.49E-05 203

100 846.2 0.1361 1.15E-05 160

1.3设计总传热量和实际换热量计算

Q0Cq m t Cq v t C油 q v油t C水 q v水t

C 为比热容j /( kg K )，q v为总体积流量m3/ s，分别为在油水混合物中

油和水所占的百分比，t 油水混合物温差，q m为总的质量流量 kg / s。

实际换热量 Q

Q Q0 *1.1/ 0.9

0.9 为换热器效率， 1.1 为换热余量。

1.4逆流平均温差计算

逆流平均温差Tn ℃，

t max t min

T n

ln t max

t min

其中 t max 和 t min 分别为t t1 '和 t t1"中较大的差值和较小的差值1.5换热系数的初选

在计算中要对换热系数K 进行迭代，因此现初选换热系数K’。则初选传热面积F’

Q

F '

T n * K '

总管数为 N t，N t

F '

* d o * L

1.6管程换热系数h2计算

从传热学角度，管程内部属于强制对流换热。

管程流通面积a d i *

N

t * 2 2 2 4

G

管程流速 w2

a2 *3600*24

管程雷诺数 Re w2d

i（的数值是按照 1.2 中油水混合物定性温度对应查得的数

值）

根据 Re 的大小判断管内油水混合物的流动状态为层流还是湍流

4 4

则为层流。

一般 Re>10，即为湍流， Re<10

(1)管内油水混合物换热状态为湍流换热

Nu 0.023Re 0.8 Pr n

加热流体时 n=0.4 ，冷却流体时n=0.3

(2)管内油水混合物换热状态为层流换热

RePr 1

Nu 1.86( )3

L / d i

管程内换热系数 h2Nu

d i

1.7壳程换热系数h1计算

壳程的换热为自然对流换热

ga tL3

Gr 2相关物性参数见 1.2 查表计算所得， g 为 9.8. Nu C(Gr Pr)n

常数 C 和 n 的选取见表 2

壳程换热系数

h 1 Nu

d e

当管外为纵向冲刷 d e 为 L ，当管外为横向冲刷 d e 为 d 0 1.8 污垢热阻计算 水侧油污 r 2

0.00034

油水混合物油污 r 1 0.00017 塑料导热系数 10.8 钢管导热系数 43.6

1.9 传热系数计算

k

1

1

d 0

1 d 0 h

2 r 2

r

1

d i

h 1 d i

计算所得值和前面 1.5 设计选取进行对比， 如果一致则即为所求答案， 如果不一 致，则把计算所得代入 1.5 ，再次计算。

2.0 管板计算

中心管排数 N 0 1.1N t 0.5

管间距 s 1.25d 0

管板直径 Ds

s(N 0 1) 4d 0