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1、过程系统分析与综合大作业换热部分专业：过程装备与控制工程日期： 2008年 4月7日修改完毕第一部分：题目现有一单壳程，双管程的管壳式换热器，采用渣油预热原油，渣油走管程， 原油走壳程。已知渣油质量流量，Wh=68250 kg/h，入口温度为Thi=382C，原油质量流量Wc=175000 kg/h，入口温度Tci=275C,换热器结构参数和操作条件如下：传热面积 A=130 m2壳体直径 d=0.7 m管子规格 25X 2.5 mm管 长 L=6m管程通道截面积AT=0.0438m2壳程通道截面积AS=0.0525m2壳程设切割25%的弓形折流板19块，间距为0.3m。又知，渣油侧的污垢热阻
2、R渣油=0.0005m2 K/W原油侧的污垢热阻R原油=0.0001m2 K/W求：原有的出口温度，换热器的总传热系数，传热效率，以及管程，壳程的流动阻力。第二部分：题目分析TT采用直接迭代法，根据已知条件，初令定性温度Tmh= Th1=382C,Tmc= Tc1=275C，根据比定压热容计算公式：CP=0.7072+ (0.001471-0.000551 D2。) t-0.318 Do (0.055 K+0.35) kcal/ (kg C) 式中：K为油品特性因数，对渣油，K渣油=12.5K为油品特性因数，对原油，K原油=12.5D20为20 C时油品的相对密度，对渣油，D20渣油=0.91
3、9对原油，D20原油=0.850计算可得：=0.81280=0.7394所以，热容流率(WG) c (W- G) h。故选定热端设温度初值Th20，由此进行迭代计算。 管子数计算：单根管子截面积 A D=n- (20 - 1000)2/4=0.0003142 m 2 所需管子数Np= At/Ad=0.0438/0.0003142 139 (根)管程内表面传热面积 A i=nx 0.020 X6X2X 139=104.8035 m2 管程外表面传热面积 A o=nx 0.025 X6X2X 139=131.0044 m第三部分：直接迭代法流程图输出结果结束第四部分： Matlab 程序funct
4、ionTh2,Tc2= abc(Th2,Tc2,Re,Reo,Pr,Pro,Hi,Ho,K1,u,uo,Qc,Qh,E,NTUPt,Ps)% 直接迭代发函数Wh=19.0333,Wc=48.6111,Th1=382.0,Tc1=275.0,A=130; % 基本初值Th2o=input(number:)%输入温度初值Th2=Th2o+1;%目的是为了满足下面的 while 循环while Th2-Th2o0.1% 第一层大循环，功能是求Th2,即渣油出口温度Th2o=Th2;%Th2o为温度初值Tc2=(Th1-Th2o)+Tc1);%Tc2为原油出口温度Tmc=(Tc1+Tc2)/2;%Tm
5、c为原油定性温度Tmh=(Th1+Th2o)/2;%Tmh为渣油定性温度Xc=1+Tmc/100;Xh=1+Tmh/100;D20h=0.919;% D20为20 r时渣油的相对密度D20c=0.850;% D20为20 r时原油的相对密度K=12.5;%K 为油品特性因数Dh=0.942+0.248*Xh+0.174*(D20hA2)+0.0841/(Xh*D20h)-(0.32*Xh)/D20h-0.556*exp(-Xh);%渣油Tmh下相对密度计算Dc=0.942+0.248*Xc+0.174*(D20cA2)+0.0841/(Xc*D20c)-(0.32*Xc)/D20c-0.556
6、*exp(-Xc);%原油Tmc下相对密度计算p=1% p为参考密度 单位： g/cm3Ph=p*Dh*1000% Ph为Tmh下渣油密度单位：kg/m3Pc=p*Dc*1000% Pc为Tmc下原油密度单位：kg/m3Cph=(0.7072+(0.001417-0.000551*D20h)*Tmh-0.318*D20h)*(0.055*K+0.35)/4.18;%渣油Tmh下比定压热容计算 单位：kJ/(kg ?C)Cpc=(0.7072+(0.001417-0.000551*D20c)*Tmc-0.318*D20c)*(0.055*K+0.35)/4.18;%原油Tmc下比定压热容计算 单
7、位：kJ/(kg ?C)Yh=(0.1008*(1-0.00054*Tmh)/(D20h*4.18*3600);%渣油Tmh下热导率计算 单位：kJ/(m?C?s)Yc=(0.1008*(1-0.00054*Tmc)/(D20c*4.18*3600);%原油Tmc下热导率计算 单位：kJ/(m?C?s)Yhk=(0.1008*(1-0.00054*(Tmh+273)/(D20h*4.18*3600);%渣油Tmh下热导率计算单位：kJ/(m?K?s)Yck=(0.1008*(1-0.00054*(Tmc+273)/(D20c*4.18*3600);%原油Tmc下热导率计算单位：kJ/(m?K?
8、s)t1=50;t2=100;V1h=1500;V1c=90;V2h=120;V2c=13;bh=log(log(V1h+1.22)/log(V2h+1.22)/log(t1+273)/(t2+273);ah=log(log(V1h+1.22)-bh*log(t1+273);bc=log(log(V1c+1.22)/log(V2c+1.22)/log(t1+273)/(t2+273);Hi0k=(0.023*(ReA0.8)*(PrA0.33)*Yhk)/di;%Tw0=Tmh+Qh/(Hi0*Ai);Tw=Tw0+1;while Tw-Tw00.5 % 第一层内循环，管内表面传热系数 单位：
9、 W/m2?K %管程内壁温度初值通过直接迭代计算管程内表面传热系数ac=log(log(V1c+1.22)-bc*log(t1+273);Vh=exp(exp(ah+bh*log(Tmh+273)-1.22;%渣油Tmh下运动黏度计算单位：厘沲Vc=exp(exp(ac+bc*log(Tmc+273)-1.22;%原油Tmc下运动黏度计算单位：厘沲uh=(Ph*Vh)/1000000;%渣油Tmh下动力黏度计算单位：Pa?suc=(Pc*Vc)/1000000;%原油Tmc下动力黏度计算单位：Pa?sQc=Wc*Cpc*(Tc2-Tc1);%换热器传热量计算 单位： kwQh=Wh*Cph*
10、(Th1-Th2);%换热器传热量计算 单位： kwN=139;%管子根数Np=2;%管程数di=0.02;%管子内径Ai=104.8035;%管程内表面传热面积S=(pi*di*di*N)/4;%单管程的流通截面积u=Wh/(Ph*S);%管程内流体流速Re=(di*u*Ph)/uh;%管程内流体雷诺数Pr=(Cph*uh)/Yh;%管程内流体普朗特数Hi0=(0.023*(ReA0.8)*(PrA0.33)*Yh)/di;%管内表面传热系数 单位：W/m?CTw0=Tw; b=log(log(V1h+1.22)/log(V2h+1.22)/log(t1+273)/(t2+273); a=l
11、og(log(V1h+1.22)-b*log(t1+273);Vw=exp(exp(a+b*log(Tw0+273)-1.22;%管内渣油Tw下运动黏度计算 单位：厘沲Xw=1+Tw0/100;D20=0.919;Dw=0.942+0.248*Xw+0.174*(D20A2)+0.0841/(Xw*D20)-(0.32*Xw)/D20-0.556*exp(-Xw);Pw=p*Dw*1000%Pw为Tw下渣油密度单位： kg/m3uw=(Vw*Pw)/1000000;Hi=Hi0*(uh/uw)A0.14;Hik=Hi0k*(uh/uw)A0.14;Hi0=Hi;Hi0k=Hik;Tw=Tmh+
12、Qh/(Hi0*Ai); end%管内渣油Tw下动力黏度计算单位： Pa?sN=139;%管子根数Np=2;%do=0.025;%Ao=131.0044; % So=(pi*do*do*N)/4;%uo=Wc/(Pc*So);%Reo=(do*uo*Pc)/uc;%Pro=(Cpc*uc)/Yc;%Two0=Tmc+Qc/(Ho0*Ao);Two=Two0+1;while Two-Two00.5管程数 管子外径 管程外表面传热面积 单管程的流通截面积 管程外流体流速 管程外流体雷诺数 管程外流体普朗特数 管外表面传热系数单位：W/m?C 管外表面传热系数 单位： W/m2?K%第二层内循环，通
13、过直接迭代计算管程外表面传热系数Two0=Two; b=log(log(V1c+1.22)/log(V2c+1.22)/log(t1+273)/(t2+273);a=log(log(V1h+1.22)-b*log(t1+273);Vwo=exp(exp(a+b*log(Two0+273)-1.22;%管外原油Two下运动黏度计算单位：厘沲Xwo=1+Two0/100;D20=0.919;Dwo=0.942+0.248*Xwo+0.174*(D20A2)+0.0841/(Xwo*D20)-(0.32*Xwo)/D20-0.556*exp(-Xwo);Pwo=p*Dwo*1000%Pwo为Two下
14、渣油密度单位：kg/m3uwo=(Vwo*Pwo)/1000000;Ho=Ho0*(uc/uwo)A0.14;Hok=Ho0k*(uc/uwo)A0.14;Ho0=Ho;Ho0k=Hok;Two=Tmc+Qc/(Ho0*Ao); end%管外原油Two下动力黏度计算单位：Pa?sif Wh*CphWc*CpcCmin=Wc*Cpc;Cmax=Wh*Cph;elseCmin=Wh*Cph;Cmax=Wc*Cpc;end%判断热容流率大小C=(Wc*Cpc)/(Wh*Cph);ARo=131.0044;ARi=104.8035;%热容流率比计算Ro=0.0005;%渣油侧污垢热阻 单位： m2?K/WRi=0.0001;%原油侧污垢热阻 单位： m2?K/WK1=1/(1/Hi0k+Ri)*ARo)/ARi+1/Ho0k+Ro); % 总传热系数计算 单位： W/m2?KNTU=(K1*A)/Cmin;%传热单元数L=NTU*(1+(Cmi n/CmaxF2F0.5;E=2/(1+(Cmi
