管壳式换热器设计 课程设计

第六章 换热系数的计算6.1管程换热系数 管程的雷诺数：Re2? ?2?2di1?996.2?0.02??26804.09?20.0007422 （40）式中Re2表示管程的雷诺数；ω2表示管程内水流速；ρ2表示水的密度；μ2表示水的黏度；di表示传热管的内径。 管程换热系数：?2? ??2di?0.023Re20.8Pr20.40.6623?0.023?26804.090.8?4.677550.40.02 ?4924.03W(m2??C) （41）式中α2表示管程换热系数；λ2表示水的导热系数；di表示传热管内径；Re2表示管程的雷诺数；Pr2表示水的普朗特数。6.2 壳程换热系数壳程雷诺数：Re1?M1d02.77778?0.0254??31110.1359?1Ac0.0005152?0.043567 （42） 式中Re1表示壳程雷诺数；M1表示煤油流量；d0表示传热管的外径；Ac表示流体在两折流板间错流流通截面积。假定壳程流体全部错流流过管束，在此理想管束中纯错流时的柯尔本传热因子，可由《热交换器原理与设计》图2.28查出：理想管束传热因子js=0.007。折流板缺口校正因子jc可由《热交换器原理与设计》图2.29查出：折流板19缺口校正因子jc=10.25。Asb0.0024212??0.4372Asb?Atb0.0024212?0.003159799 (43)Asb?Atb0.0024212?0.00315979??0.15460.043567 Ac (44)式中Asb表示折流板外缘与壳体内壁间泄面积；Atb表示一块折流板上管子与管孔间泄面积；Ac表示流体在两折流板之间错流流通面积。折流板泄露影响的校正因子是等式（43）和（44）的函数，可由《热交换器原理与设计》图2.30查取折流板泄露影响的校正因子jl=0.87。管束旁通影响的校正因子jb，它是Fbp和Nss/Nc（Nss为每一错流区内旁路挡板对数，Nc为错流区内管排数）的函数，可由可由《热交换器原理与设计》图2.31查取jb=0.94。壳程传热因子：j0?jsjbjljc?0.007?0.94?0.87?1.1?0.006297 式中j0表示壳程传热因子；jb表示管束旁通影响的校正因子；jl折流板泄露影响的校正因子；jc表示折流板缺口校正因子；js表示理想管束传热因子。壳程质量流速：Gs?M12.77778??85.21468kg?m2?s?As0.032597 （46） （45） 式中Gs表示壳程质量流速；M1表示煤油流量；As表示壳程流通截面积。 假定壳侧壁面温度tw=55℃。壁温下的煤油黏度μw1，查物性表μw1=0.001203Kg/(㎡＊s)。壳侧换热系数：?1?j0GscpPr?23???w1?0.14 20?0.006297?85.21468?2.435?12.1631?23??0.00051250.000779?2??231.3831Wm?C?? 0.14（47）式中α1表示壳侧换热系数；j0表示壳程传热因子；Gs表示壳程质量流速；cp表示定性温度下的煤油比热；Pr表示定性温度下的煤油普朗特常数；μ表示定性温度下的煤油黏度；μw1表示定性壁温下煤油的黏度。21第七章 需用传热面积表6-1 水的污垢热阻经验数据 m2*℃/W加热流体温度≤115℃水的种类水温≤52℃水速≤1m/s干净的软水自来水井水0.000170.000170.00017水速>1m/s0.000170.000170.00017加热流体温度116～205℃水温≥53℃水速≤1m/s0.000340.000340.00034水速>1m/s0.000340.000340.00034表6-2 煤油油品及溶液的污垢热阻经验数据 ㎡＊℃/W种类粗煤油成品煤油污垢热阻0.000430.00017～0.00026换热器设计中使用的冷却水为自来水。由表6-1可知冷却水的污垢热阻rs2=0.00017㎡＊℃/W。由表6-2，可选成品煤油的污垢热阻rs1=0.00025㎡＊℃/W。校正传热系数：?1d1d0?K???rs1?rs20???d?di2i??1 10.02510.025?????0.00025?0.00034????0.024924.030.02??231.38311 ?190.451W?m2??C??1 （48）式中K表示校正传热系数；α1表示壳侧换热系数；rs1表示成品煤油污垢热阻；rs2表示冷却水污垢热阻；d0表示传热管外径；di表示传热管内径。22由以上计算结果，可以计算出传热面积：F?Q928.00??107.2921m2K?tm190.451?45.4149 （49）式中Q表示传热量；K表示校正传热系数；Δtm表示有效平均温差。F''107.4424传热面积之比=??1.0014F166.8752 （50） 由等式（50）可知换热器设计面积符合设计要求。检验壳侧壁温：?1?tw1?tm1?K??rs1??tm ??1?1???110?190.451???0.00017??45.4149?136.6544? ?70.4567?C （51）式中tw1表示检验壳侧壁温；tm1表示煤油定性温度；K表示校正传热系数；α1表示壳侧换热系数；rs1表示成品煤油污垢热阻；Δtm表示有效平均温差。23