课程设计设计题目 U型管换热器设计教学院专业班级学生姓名学生学号指导教师起止日期目录第一章确定设计方案 (3)第二章确定物性数据 (3)第三章总传热系数 (4)3.1 热流量 (4)3.2 平均传热温差 (4)3.3 冷却水用量 (4)3.4 总传热系数 (4)3.4.1管程传热系数 (4)3.4.2壳程传热系数 (4)第四章传热面积 (5)第五章工艺结构尺寸 (5)5.1 管径和管内流速 (5)5.2管程数和传热管数 (5)5. 3 平均传热温差校正及壳程数 (6)5.4 传热管排列和分程方法 (6)5.5 壳体内径 (6)5.6 折流板 (7)5.7 接管 (7)第六章换热核算 (7)6.1 热量核算 (7)6.1.1壳程对流传热系数 (7)6.1.2管程对流传热系数 (7)6.1.3总传热系数 (8)6.1.4传热面积 (8)6.2 换热器内流体阻力 (9)6.2.1 管程流动阻力 (9)6.2.2 壳程流动阻力 (10)第七章筒体 (11)第八章封头 (11)第九章换热管校核 (12)第十章管板 (12)10.1 管板的厚度 (12)10.2 管板法兰尺寸 (14)第十一章进出口接管 (16)11.1 接管尺寸 (16)11.2 螺栓和螺柱 (17)11.3 接管外伸长度 (18)11.4 接管的最小位置 (19)第十二章防冲板设计 (20)第十三章折流板设计 (20)第十四章拉杆设计 (22)第十五章参考资料 (23)第一章 确定设计方案题目已限定选用U 型管换热器壳程——柴油，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果，清洗方便管程——冷却水，压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。
且走管程流速高不易结垢，即使结垢也便于清洗 自定冷却水入口温度20℃，出口温度40℃，采用逆流 选用25 2.5φ⨯的碳钢管，试取管内流速U 1m /s =第二章 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值 壳程柴油的定性温度为：15040T 952+==℃管程水的定性温度为：℃3024020t =+=根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
油在95℃下的物性 : 密度 3m /kg 05.860=ρ定压比热容2.104/()po c kJ kg =⋅℃导热系数 0.12215/()o W m λ=⋅℃ 粘度 61075.50510o Pa s μ-=⨯⋅水在35℃下的物性 : 密度 3=996 /i kg m ρ定压比热容 4.183/()pi c kJ kg =⋅℃导热系数 0.6171/()i W m λ=⋅℃热流量平均传热温差冷却用水量管程传热系数：粘度0.000805iPa sμ=⋅第三章计算总传热系数3.1.热流量200002.104(15040)1285.83600o po oQ m c t kW==⨯⨯-=3.2.平均传热温差'1212(15040)(4020)52.815040lnln4020mt tttt∆-∆---∆===∆--∆℃3.3冷却水用量1285.815.37(/)4.183(4020)ipi iQkg sc tω===∆⨯-3.4总传热系数K3.4.1管程传热系数0.021998Re250120.000805i i iid uρμ⨯⨯===0.80.430.80.420.023()()0.5985 4.183100.0008050.023(25012)()4516/()0.020.5985pi iiii icRedW mμλαλ=⨯⨯==⋅℃3.4.2壳程传热系数因其与壳径、管束等结构有关，故先假定一个对流传热系数以计算K，然后在做校核假设壳程的传热系数2550/()oW mα=⋅℃平均传热温差℃8.52t'=∆m冷却水用量)/(37.15iskg=ω管程传热系数)./(45162i℃mW=α壳程传热系数总传热系数传热面积管径和管内流速管程数和传热管数污垢热阻：内壁424.510/siR m W-=⨯⋅℃，外壁423.439410/soR m W-=⨯⋅℃管壁导热系数45/()W mλ=⋅℃则总传热系数：4421110.0250.0250.00250.02514.510 3.43941045160.020.02450.0225550326.5/()o o osi oi i i m oKd d bdR Rd d dW mαλα--=++++=⨯+⨯⨯++⨯+⨯⨯=⋅℃第四章计算传热面积32'1285.810'74.6326.552.8mQS mK t⨯===∆⨯考虑15%的面积裕度，传热面积为'21.15 1.1574.685.8S S m==⨯=第五章工艺结构尺寸5.1管径和管内流速选用25 2.5φ⨯的传热管(碳钢)，取管内流速1/iu m s=5.2.管程数和传热管数依传热管内径和管内流速确定单程传热管数2215.37/99849.02490.02144si i iVnd u uππ===≈⨯⨯⨯根按单程管计算需要传热管长为总传热系数)./(326.5K2℃mW=传热面积S=85.8m2根数n s=49根传热管长程数根数平均传热温差管心距壳体内径85.8=22.20.02549o sSL md nππ==⋅⋅传热管过长，宜采用多管程结构。
现取传热管长6l m=，则该换热器程数为22.246pLnl==≈管程传热管总根数494196s pN n n==⨯=根由于一根U型管来回流动，计算为两次，所以总根数为N=98根5.3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数1504040205.5 0.154402015020R P--====--，按单壳程，四管程，温差校正系数查化工原理课程设计图2-9。
可得0.85tφ∆=，于是平均传热温差'0.8552.844.9m t mt tφ∆∆=∆=⨯=℃5.4.传热管排列和分程方法采用正方形排列。
取管心距 1.332.532t d mm==≈5.5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率0.7η=，则壳体内径为1.05/ 1.0532196/0.7571.02D t N mmη==⨯=，圆整可取600D mm=5.6.折流板传热管长L=22.2mn p=4管程N=98根实际传热温差℃9.44t=∆m管心距mm32t=壳体内径D=600mm折流板数壳程接管直径管程接管直径采用弓形折流板，取圆缺高度为壳体直径的25%，则切去的圆缺高度为0.250.25600150h D mm==⨯=取折流板间距D2.0B=，则120mm6002.0B=⨯=可取B为150mm折流板数3911506000N=-=B，折流板圆缺面水平装配5.7.接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 1.5/u m s=，则接管内径为mmuVd74mm074.05.1)8603600/(1020443==⨯⨯⨯⨯==ππ，取标准管径为80mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为2/u m s=，则接管内径为4415.37/9960.0991003.142Vd m mmuπ⨯===≈⨯，取标准管径为125mm第六章换热器核算6.1.热量核算6.1.1壳程对流传热系数当量直径，由正三角形排列得m)(0.020.0250.0254032.02344234d2222=⨯⨯-⨯=-=ππππ）（）（ddte折流板数N B=39根壳程接管d1=80mm管程接管d2=125mm壳程当量直径壳程当量直径壳程流通截面积壳程对流传热系数管程流通截面积壳程流通截面积201969.0)032.0025.01(6.015.0)1(S mtdBD=-⨯⨯=-=壳程流体流速及其雷诺数s/m328.001969.0)8603600/(1020u3=⨯⨯=5245.31055.1075860328.002.0Re6=⨯⨯⨯=⋅⋅=-μρude普兰特准数62.10410001075.50510Pr18.530.12215po oocμλ-⨯⨯⨯===，粘度校正0.141owμμ⎛⎫≈⎪⎝⎭壳程对流传热系数)/(46.6618.535245.30.020.122150.362310.55cmw o⋅=⨯⨯⨯=α6.1.2管程对流传热系数管程流通截面积2220.7850.02490.0153864i ipNS d mnπ==⨯⨯=管程流体流速及其雷诺数/(3600)15.37/9961/0.015386i iiiu m sSωρ⨯===0.021996Re247450.000805i iiiduρμ⨯⨯===普兰特准数Pr 5.46pi iicμλ==管程对流传热系数d e=0.02m流通截面积S0=0.01969m2壳程传热系数)/(46.662cmw o⋅=α管程流通面积2015386.0mSi=管程对流传热系数总传热系数传热面积管程流动阻力0.80.40.80.420.61710.023Re Pr0.02324745 5.464578/()0.02ii iiW mdλα==⨯⨯⨯=⋅℃6.1.3总传热面K1d1αλα++++=somisiiiRdbdddRdK4661104394.30225.045025.00.00250.020.025104.50.0245780.025144-+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯=-)/(358.6w2cm o⋅=6.1.4传热面积S2380.244.7358.6108.1285S mtKQm=⨯⨯=∆⋅=该换热器实际传热面积Sp292.31966025.014.3mLNdSp=⨯⨯⨯==π面积裕度为%15.180.280.2-92.3==-=SSSH p传热面积裕度合理，该换热器能够完成生产任务。
6.2换热器内流体阻力6.2.1管程流动阻力NNFppppsti)(21∆+∆=∑1N=s4Np= 1.4Ft=2P21udLI⋅=∆ρλ）（23P22u⋅=∆ρU型管的材料为无缝钢管绝对粗糙度为0.05 ，相对粗糙度为0025.02005.0d==∆管程传热系数)./(45782i℃mW=α总传热系数)/(358.6wK2cm o⋅=传热面积280.2S m=壳程阻力Re=24745 由于8978d597Red22.2）（）（∆≤≤∆)(/03.024745680025.00.11Re68d0.1125.025.0cmw o⋅=+=+∆=）（）（λ）（Pa4482219960.0260.03P21=⨯⨯⨯=∆）（）（Pa1494219963P22=⨯⨯=∆a3500033465.6Pa41.4)14944486(Ppi≤=⨯⨯+=∑管程流动阻力在允许范围内。