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1、板式换热器毕业设计论文摘要板式换热器是一种高效紧凑的换热设备，它被应用到食品工业、冶金工业、机电工业、造纸工业、石油工业等领域。而且其类型、结构和使用范围还在不断发展。焊接型板式换热器的紧凑性好，重量轻、传热性能好、初始成本低特点。板式换热器的传热性能与板面的波纹形状、尺寸及板面组合方式都有密切关系。对于任何一种新型结构尺寸板片的传热及阻力特性，都只有通过实验计算测定。对于无相变传热，多数制造商都能提供关联式；对于相变传热，绝大多数的产品，尚不能提供相应的关联式。本文对板式换热器的发展及应用领域作了简要的介绍，通过应用板式换热器的传热机理。对板式换热器进行了热力计算和阻力计算，在满足了校核条件
2、下，设计了板式换热器的基本结构如框架形式，板片结构及流程组合方式等结构参数。确定了板片数为149的并联式流程组合的板式换热器，用Auto CAD绘制零件图及总图。关键字： 板式换热器；结构设计；热力计算；阻力计算；校核 AbstractPlate heat exchanger is a compact and efficient heat transfer equipment, it is applied to the food industry, metallurgical industry, electromechanical industry, paper industry, oil i
3、ndustry and other fields. And its type, structure and scope are still evolving, Welded plate heat exchanger compactness has the features such as light weight, good heat transfer performance and low initial cost.Plate heat exchanger heat transfer performance of corrugated board shape, size and board
4、composition are closely related. A new structure for any size of plate heat transfer and pressure drop characteristics are determined only by experimental calculations. For the non-phase-change heat transfer, most manufacturers can provide correlation; for the phase-change heat transfer, the vast ma
5、jority of products, yet can not provide the corresponding correlation. In this paper, by the using of plate heat exchanger heat transfer mechanism the development of plate heat exchanger and applications are briefly introduced.It carried out the plate heat exchanger thermal calculation and resistanc
6、e calculations, and designed the basic structure of the plate heat exchanger such as the frameworks, structure and processes combinations to meet the verification condition.Finally it determined the parallel flow plate heat exchanger with 149 of the plates and combined with Auto CAD drawing parts di
7、agram and assembly drawings.Keywords: Plate heat exchanger; Configuration design; Thermodynamic calculation; Resistance calculation; Check目录1. 绪论11.1 板式换热器的学术背景及意义11.2 我国设计制造应用情况31.3 国外著名厂家及其产品41.4 板式换热器的国内研究进展72. 板(片)式换热器的基本构造82.1 板(片)式换热器的基本构造82.2 流程组合92.3 框架型式102.4板片11 常用形式12 混合人字板及性能13 特种形式142.5
8、 密封垫片152.6 焊接式板式换热器16 半焊式板式换热器16 全焊接式板式换热器163. 板式换热器的性能特点173.1 板式换热器的主要优点173.2 板式换热器的主要缺点193.3 板式换热器与管壳式换热器的比较204. 板式换热器热力及相关计算214.1 板式换热器的设计计算概述214.2 传热过程21 对流换热22 相变换热22导热234.3 热力计算24 一般设计要求24 设计计算公式和曲线26 确定总传热系数的途径314.4 设计工艺条件32 计算综述表365. 经济与技术分析425.1 技术经济分析的原则425.2 技术经济分析的标准42结论43致谢44参考文献451. 绪论
9、1.1 板式换热器的学术背景及意义目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中,它的发展已有一百多年的历史。 1878年德国人发明了半片式换热器，现在通常都称作板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器间世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一。板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。国外早在20世纪20年代就作为工艺设备引入食品工业，4050年代初开始用于化工领域。近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船
10、舶、动力、供热等各行业。目前我国的板式换热器工厂，课制造单板传热面积从0.04至1.3，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直形波纹的板式换热器。由于板式换热器在制造上和使用上都有一些独特之处，所以在工业上一经使用成功之后就发展很快。到本世纪四十年代，已经有几个国家好几个厂生产出许多种不同形状和不同尺寸的板片。至于现在，世界上能生产板式换热器的工厂已经很多了，主要的生产厂不下三、四十个。几个主要生产厂一般都有该厂独特的板片波形。一般一个厂只生产有限几种尺寸的板片。然后组桨成换热面积大小不问的换热器。因为从设计到制造成功一定波形的板片需要有较大的投资和较长的时间，所以一般
11、生产工厂不轻易改变板片的被形。早期的板式换热器大都用于食品工业，如牛奶、蛋液、啤酒等的加工过程中。这是由于早期扳片的单板面积较小，不能组成单台面积较大的换热器，所以只能用于处理物料流量较小的场合，随着单板面积的增大，能组成的单台板式换热器的面积也相应增大。现在各制造厂竞相增大单板面积和组成大型的板式换热器。板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。 虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但它们在结构与制造上尚存在问题。随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完
12、善，应用也日趋广泛。21世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在21世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能源转移至二次能源
13、、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我们将发现，换热技术是关键工艺之一。近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面。1：研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片；2：研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层；3：研究提高使用压力和使用温度；4：发展大型
14、板式换热器；5：研究板式换热器的传热和流体阻力；6：研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。1.2 我国设计制造应用情况我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。1965年，兰州石油化工机器厂根据一些资料设计、制造了单板换热器面积为0.52的水平平直波纹板片的板式换热器，这是我国首家生产的板式换热器，供造纸厂、维尼纶厂等使用。八十年代初期，该厂又引进了W.Schmidt公司的板式换热器制造技术，增加了板式换热器的品种。1967年，兰州石油机械研究所对板片的六种波纹型式作了对比试验，肯定了人字形波纹的优点，并于1971年制造了我国第一台人字形波纹板片（单板换热面积为0.3）的板式换热器
15、，这对于我国板式换热器采用波纹型式的决策起了重要的作用。1983年，兰州石油机械研究所组织了板式换热器技术交流会，对板片的制造材料、板片波纹型式、单片换热面积、板式换热器的应用等方面进行了讨论，促进了我国板式换热器的发展。国家石油钻采炼化设备质量监测中心还对板式换热器的性能进行了大量的测定。清华大学于八十年代初期，对板式换热器的换热、流体阻力和优化等方面进行了理论研究，认为板式换热器的换热，以板间横向绕流作为换热物理模型，该校还对板式换热器的热工性能评价指标及板式换热器的计算机辅助设计进行了研究。近几十年来，他们还作了大量的国产板片的性能测定。河北工学院就板式换热器的流体阻力问题进行了研究，认为只有当板片两侧的压差相等或压差很小时，板片以自身的刚性使板间距保持在设计值上，否则板片会发生变形，致使板间距发生变化，出现受压通道和扩张通道。其次，他们把板式换热器的流体阻力分解为板间流道阻力和角孔道阻力（包括进、出口管）进行整理，得到一种新的流体阻力计算公式。天津大学对板式换热器的两相流换热及其流体主力计算进行了大量的研究，得出考虑因素比较全面的换热计算公式。近年来，研制了非对称型的板式换热器，进行了国产板式换热器的性能测定及优化设计等工作。华南理工大学、大连理工大学等高等院
