完整word版换热器设计计算doc.docx

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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，tw℃，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"℃。

tw

1（tt1"）

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（K1）℃

t2

1（ttw）

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/（mK）），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

ρ

λ

v

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

ρ

λ

v

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

Q0CqmtCqvtC油qv油tC水qv水t

C为比热容j/（kgK），qv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，qm为总的质量流量kg/s。

实际换热量Q

QQ0*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℃，

tmaxtmin

Tn

lntmax

tmin

其中tmax和tmin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'

Tn*K'

总管数为Nt，Nt

F'

*do*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

di

*Nt*

2

2

2

4

G

管程流速w2

a2*3600*24

管程雷诺数Rew2di（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

Nu0.023Re0.8Prn

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

Nu1.86（

）3

L/di

管程内换热系数h2Nu

1.7壳程换热系数h1计算

di

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.

NuC（GrPr）n

常数C和n的选取见表2

壳程换热系数

h1Nu

de

当管外为纵向冲刷de为L，当管外为横向冲刷de为d0

1.8污垢热阻计算

水侧油污r20.00034

油水混合物油污r1

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

d0

1

d0

h2

r2

r1di

h1

di

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N01.1Nt0.5

管间距s1.25d0

管板直径Dss（N01）4d0

2.管外凝结换热

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，tw℃，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"℃。

tw

1（tt1"）

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（K1）℃

t2

1（ttw）

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/（mK）），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

ρ

λ

v

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

ρ

λ

v

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

Q0CqmtCqvtC油qv油tC水qv水t

C为比热容j/（kgK），qv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，qm为总的质量流量kg/s。

实际换热量Q

QQ0*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℃，

tmax

tmin

Tn

lntmax

tmin

其中tmax和tmin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'

Tn*K'

F'

总管数为Nt，Nt

*L

*do

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a2

di

*Nt

*

2

2

4

管程流速w2

G

a2*3600*24

管程雷诺数h2Nu

di

Re

w2

di（

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

一般Re>10，即为湍流，Re<10则为层流。

（3）管内湍流换热

Nu0.023Re0.8Prn

加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3

（4）

管内层流换热

Nu

RePr

1

1.86（

）3

L/di

管程内换热系数h2Nu

di

1.7壳程换热系数h1计算

壳程的换热为凝结换热

0.25

h

1.13

9.8

2

3r

1

（t

r为对应蒸汽温度t下的气化潜热

tw）L

当蒸汽冲刷竖管壁，L为管长。

当蒸汽横向冲刷，L为管道外径

1.8污垢热阻计算

水侧油污r20.00034

油水混合物油污r1

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

1

k

1

d0

1

d0

h

r2

r1d

i

h

d

i

2

1

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N01.1Nt0.5

管间距s1.25d0

管板直径Dss（N01）4d0

3.管外强制对流换热

3.1温度

油水混合进口温度为t1'℃，油水混合物出口温度为t1"℃。

管外热水进口温度为t2'℃，管外热水进口温度为t2"℃，

3.2定性温度和物性参数计算

管程外为水，其定性温度为（K1）℃

t2

1

（t2

't2

"）

2

管程外为油水混合物，定性温度为t2'℃

t1

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/（mK）），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

ρ

λ

v

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

ρ

λ

v

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

3.3设计总传热量和实际换热量计算

Q0

Cqm

t

Cqv

t

C油qv

油

t

C水qv

水t

C

为比热容

j/（kg

K）

，qv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，qm为总的质量流量kg/s。

实际换热量Q

QQ0*1.1/0.9

0.9为换热器效率，1.1为换热余量。

3.4逆流平均温差计算

逆流平均温差

Tn

℃，

Tn

tmaxtmin

tmax

ln

tmin

其中

tmax和

tmin分别为

t2

'

t1'和t2"

t1"

中较大的差值和较小的差值

3.5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'

Tn*K'

总管数为Nt，Nt

F'

*do*L

3.6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a2di*Nt*

224

G

管程流速w2

a2*3600*24

管程雷诺数h2NuRew2di（的数值是按照1.2中油水混合物定性温度对

di

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

44

一般Re>10，即为湍流，Re<10则为层流。

（5）管内湍流换热

Nu0.023Re0.8Prn

加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3

（6）

管内层流换热

Nu

RePr

1

1.86（

）3

L/di

管程内换热系数h2Nu

3.7壳程换热系数h1计算

di

壳程的换热为强制对流换热

现根据总的换热量，水的温差和比热可以计算出冷却水量G1

壳程流通面积a1

（DS

2

Nt*d0

2）Ds计算见4.0

4

G1

壳程流速w1

a1

3

壳程当量直径de

（Ds

2

Ntd0

2）/（Ntd0）

壳程雷诺数Re

w1

de

1

1

5

Nu

0.62Re2Pr3

Re

84

0.3

21[1

282000

]5

[1

（0.4/Pr）3]4

h1

Nu

de

3.8污垢热阻计算

水侧油污r20.00034

油水混合物油污r1

0.00017

塑料导热系数

10.8

钢管导热系数

43.6

3.9传热系数计算

k

1

1

d0

1

d0

h2

r2

r1di

h1

di

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。

4.0管板计算

中心管排数N01.1Nt0.5

管间距s1.25d0

管板直径Dss（N01）4d0