换热器设计型计算

Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1) Q=KAtm

K12A2A2A11A1m2（无相变传热过程，Re>104,Pr>0.7，

b

1,20.023dRe0.8PrtTtm12T2t1lnT1t2T2t11、

设计型计算的命题

给定生产任务：qm1，T1T2(or qm2，t1t2) 选择工艺条件：t1，t2

计算目的：换热器传热面积A及其它有关尺寸（管子规格，根数）；特点：结果的非唯一性。 2、

计算公式：

质量衡算：

q

2Vn4duNpqm2 热量衡算：Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1) 传热速率式：Q=KAtm 3、

计算方法：

1）计算换热器的热流量

Qqm1Cp1(T1T2)

2）作出适当的选择并计算平均推动力tm

tmf(T1,T2,t1,t2,流向)

A、流向（逆流.并流.复杂流动方式）

必须选择

B、选择冷却介质出口温度

3）计算冷热流体与管壁的对流体给热系数和总传热系数 必须选择：

A、冷，热流体各走管内还是管外 B、选择适当的流速 C、选择适当的污垢热阻 4）由传热基本方程

QKAtm计算传热面积

关键是：条件参数的选择！

4、

条件参数的选择

选择的原则：技术可行，经济合理 1)

t1：决定于工艺需要，现实条件，经济性。温度要求不很低，以水为冷却剂时，应以夏季水温为设计温度更安全。 2) 逆 min max t2：技术：理论上t2可选范围

t2 t1 T1 qm2  qm2min tm tmmax 0 A Amin  经济性：qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1) t2越大，qm2消耗越少，qm2Cp2

qm1Cp1经常性操作费用少

但tm ，同时qm2可能导致K 则

Q设备投资费用大

AKtm有经济优化问题。一般经验tm >10C 对工业冷却水，一般t2<45C（防止结垢）

3) 流速的选择

uK，压降P(阻力损失) 经济上要权衡。一般尽量避免层流。 4)

流向选择

（对设计型而言，qm1,T1,T2定） t2maxT1

t2maxT2

tm =0，A= tm =0，A=

在等传热面，A并=A逆=时， Q=qm2Cp2(t2-t1)

t2逆>t2并  qm2逆< qm2并

且再利用价值高。 若等qm2，则t2逆=t2并

即T1,T2 ,t1,t2确定后，tm逆> tm并 由Q=KAtm，

A逆< A并

一般情况下，逆流优于并流。逆流能提供最大的传热推动力。 5、

换热器的选型设计

主要性能指标：传热系数K，压降分类：间壁式，混合式和蓄热式

P

定型设备（产品）设计工艺设计，选型 非定型设备设计工艺设计，机械设计 1）间壁式换热器的类型

夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，管壳式换热器（列管式换热器） 主要构件有壳体，管束，管板，封头，挡板 2）管壳式（列管式）换热器的基本种类与结构： 列管：固定管板式，浮头式，U型管式

管壳式换热器设计和选用时应考虑的问题 （1）冷，热流体流动通道的选择 • 不洁净和易结垢的液体宜在管程 • 腐蚀性流体宜在管程 • 压强高的流体宜在管内 • 饱和蒸汽宜走壳程 • 被冷却的流体宜走壳程

• 若两流体温差较大，对于刚性结构的换 器，宜将给热系数大的流体通入壳程 • 流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜 （2）流动方式的选择

逆流，并流 复杂流动（多管程，多壳程） （3）

管径：

换热管规格和排列的选择

25mm2.5mm,19mm2mm

管长：1.5,2,3,4.5,6,9 排列方式： （4）折流挡板

目的：提高管外给热系数

弓形缺口高：取壳体内径的20％和25％

板间距：取壳体内径的0.2-1.0倍

固定管板式有100，150，200，300，450，600，700 浮头式有100.150.200.250.350.450（或480），600

设计的基本思想 Q=KAtm

完成一定任务Q下，A K但hf

A、管壳式换热器的给热系数和阻力损失 管程

0.8u d0.2

qd2un uNp

2V4N4duNp Np0.8 阻力

l2

hdufft2Np hfNp3

设备投资 操作费用

壳程：

0.36deude0.55Pr1/3W0.14

---Kern公式

u0.550.45

de u

1 B  （

1）B0.55

埃索估算式：hf（

1B）3

B、对数平均温差的修正

tm复杂＝tm逆

T1T2t2t1f(,)f(R,P)t2t1T1t1Ψ的确定参数见课本

Ψ应大于0.8 ，否则应改变流动方式

设计基本步骤

① ② ③ ④ ⑤ ⑥

确定冷却剂t1和t2，计算热负荷Q及qm2; 计算tm和估值传质系数K;(p231)

估算传热面积A’，初选标准换热器(p298)，确定换热器型号和面积A； 校核换热器压降p必须小于工艺规定；

计算管程及壳程及传热系数K计；（必须满足i>K估 , 由Q0>

K估 ）

KAtm求出在规定条件下应有的传热面积A

计

，A计应满足A/A计=1.151.25。

设计说明书（设计报告）要求：

1、 2、 3、 4、

前言 设计任务书 目录 计算过程

规范：求解量(Q)=公式（KAtm） =代入数据

=结果（数值，单位） 5、 6、 7、 8、 9、

计算结果明细表 设计小结 附录 符号说明 参考文献