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1、 热交换器计算示例2.6 管壳式热交换器例2.2试对固定管板的管壳式煤油冷却器进行传热计算、结构计算和阻力计算。在该热交换器中，要求将14 t/h的T-1煤油由140 冷却到40 ，冷却水的进、出口水温为30 和40 ，煤油的工作表压力为0.1 MPa，水的工作表压力为0.3 MPa。解由已知条件，选用两台12型管壳式热交换器串联工作，水的结垢性强，工作压力也较高，故使其在管程流动，而煤油的温度、压力均不高，且较洁净，在壳程流动也是合适的，计算过程和结果列于表2.11中。表2.11 例2.2计算表格项目符号单位计算公式或数据来源数 值备注原始数据1煤油进口温度t1由题意1402煤油出口温度t1
2、由题意403冷却水进口温度t2由题意304冷却水出口温度t2由题意405煤油工作表压力p1MPa由题意0.16冷却水工作表压力p2MPa由题意0.37煤油流量M1kg/s由题意3.89流体的物性参数8煤油定性温度tm1(t1+ t1)/2=(140+40)/2909煤油比热cp1kJ/(kg)查物性表2.3310煤油密度1kg/m查物性表74411煤油黏度1kg/(ms)查物性表604.510-612煤油导热系数1W/(m)查物性表0.102813煤油普兰德数Pr113.714水的定性温度tm2(t2+ t2)/2=(30+40)/23515水的比热cp2kJ/(kg)查物性表4.18716水
3、的密度2kg/m查物性表100017水的黏度2kg/(ms)查物性表0.62118水的导热系数2W/(m)查物性表72510-619水的普兰德数Pr24.9传热量及平均温差20热损失系数L取用0.9821传热量QkWQM1 cp1 (t1t1) L14000/36002.33(14040)0.9888822冷却水量M2kg/sM2 = Q/cp2(t2t2)= 888/4.187(40-30)21.2123逆流时对数平均温差t1m,c3924参数P及RP0.091R1025温差修正系数由型公式计算0.97226有效平均温差tmtm =t1m,c=0.9723937.9估算传热面积及传热面结构2
4、7初选传热系数KW/(m2)查参考资料230外径28估算传热面积Fm2F=888000/23037.9101.8729管子材料及规格mm选用碳钢无缝钢管252.530管程内水流速2m/s选用131管程所需流通截面Atm2At =21.21/1000/10.0212132每程管数n根n =40.02121/0.0226833每根管长lml=F/nZtdo=101.87/6840.025=4.77 取标准长4.534管子排列方式选等边三角形35管中心距smm由表2.33236分程隔板槽处管中心距lEmm由表2.34437平行于流向的管距sPmmsp = s cos30=32 cos3027.738
5、垂直于流向的管距snmmsn = s sin30=32 sin301639拉杆直径mm由2.1.5节1640做草图图2.4841作图结果所得数据见图2.48六边形层数a6一台管子数nt根136一台拉杆数根由表2.7，估计壳体直径在400700mm间4一台传热面积m2ntdl=1360.0254.548.1二台传热面积Fm2248.196.2管束中心至最外层管中心距离m由图2.48，量得或算出0.22442管束外缘直径DLm0.2242+20.01250.47343壳体内径DSmDS= DL+2b3b3=0.25d=6.25mm，且8mm，故DS=0.0473+20.008按照GB1511999
6、规定，取标准直径0.544长径比l/DS=4.5/0.59合理管程计算45管程接管直径D2mmD2=165按钢管标准取值180546管程雷诺数Re2/2758647管程换热系数2W/(m2)2=0.023 Re20.8Pr20.4=0.621/0.020.023275860.84.90.44813壳程结构及壳程计算48折流板形式选定弓形49折流板缺口高度hmh=0.25DS=0.250.50.12550折流板的圆心角度12051折流板间距lsm(0.21)Ds=(0.21)0.5=0.10.5, 取0.2552折流板数目Nb块4500/250-11753折流板上管孔数个由图2.4811654折
7、流板上管孔直径dHm由GB151-1999 规定0.025455通过折流板上管数根由图2.4811256折流板缺口处管数根由图2.482457折流板直径Dbm由GB151-1999 规定0.495558折流板缺口面积Awgm20.03838759错流区内管子数占总管数的百分数Fc0.6460缺口处管子所占面积Awtm2Awt =nt (1Fc) =140(1-0.64)0.0123761流体在缺口处流通面积Abm2Ab= Awg Awt=0.0383870.012370.026壳程结构及壳程计算62流体在两折流板间错流流通截面积Acm2Ac =lsDsDL+(sdo)=0.250.5-0.47
8、3+(0.0320.025)0.03163壳程流通截面积Asm20.028464壳程接管直径D1mm按D12 /4=0.0284计算，并由钢管标准选相近规格203665错流区管排数Nc排由图2.48866每一缺口内的有效错流管排数Ncw排Ncw =0.80.125/0.0273.767旁流通道数NE168旁通挡板数Nss对选取369错流面积中旁流面积所占分数Fbp1Fbp= Ds DL+1/2 NE lE ls/ Ac=0.50.473+1/210.0440.25/0.0310.39570一块折流班上管子和管孔间泄漏面积Atbm2Atb=do(dH-do) (1 Fc)nt /2=0.0250
9、.00041.64136 /20.003571折流板外缘与壳体内壁之间泄漏面积Asbm20.00236572壳程雷诺数Re1566473理想管束传热因子jH由图2.280.01174折流板管束校正因子jc由图2.291.01壳程结构及壳程计算75折流板泄露校正因子j1由=0.1889=0.4 查图2.300.7476旁通校正因子jb由及 Fbp =0.395查图2.310.9477壳程传热因子jojo = jH jc j1 jb=0.0111.010.740.940.007778壳程质量流量Gskg/(ms)=3.89/0.028413779壳侧壁面温度tw假定4080壁温下煤油黏度w1kg/
10、(ms)查物性表108010-681壳侧换热系数1W/(m2)1=joGscpPr-2/3（/w）0.14=0.0077137233013.7-2/3/1.0574406需用传热面积82水垢热阻rs,2(m2)/W查表得0.0003483油污垢热阻rs,1(m2)/W查表得0.0001784管壁热阻略85传热系数KW/(m2)30186传热面积Fm2F=888000/30137.977.8487传热面积之比F”/F96.2/77.841.236稍大88检验壳侧壁温tw1= 90-301(1/406+0.00017)37.939.96与假定值差0.04阻力计算89管内摩擦系数fi查图2.350.006590管侧壁温tw2假定4091壁温下水的粘度w2kg/(ms)查物性表653.310-692沿程阻力PiPa11530两台93回弯阻力PrPa8000两台94进出口连接管阻力PNPa75095两台管程总阻力PtPaPt=Pi+Pr+PN=11530+8000+75020280没超表2.10规定96理想管束摩擦系数fk查图2.360.1997理想管束错流段阻力PbkPa65.498理想管束缺口处阻力PwkPa
