题 目: 板式换热器
设计
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及其选用
目录
一、说 明
书
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二、设计
方案
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三、初步选定············································· 4
(1)已知两流体的工艺参数
(2) 确定两流体的物性数据
(3)计算热负荷和两流体的质量流速
(4)计算两流体的平均传热温差
(5)初选换热器型号
四、验 证············································· 6
(1)算两流体的流速u
(2)算雷诺数Re
(3)计算努塞尔特数Nu
(4)求两流体的传热系数α
(5)求污垢热阻R
(6)求总传热系数K,并核算
五、核 算············································· 7
(1)压强降△P核算
(2)换热器的换热量核算
六、结 论············································· 7
七、设计结果············································· 8
八、附 录············································· 9
表1:板式换热器的污垢热阻
图1:多程
流程
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组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献············································· 9
一、说 明 书
现有一块建筑用地,建筑面积为12500 m2,采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃,出口的温度为75℃;循环水进入板式换热器的温度为65℃,出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293 kJ/(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100 kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。(假设板壁热阻和热损失可以忽略)
已知的工艺参数:
住宅建筑面积(m2)
12500
供暖面积热强度(kJ/(m2·h))
293
流体名称
高温水
循环水
进口温度(℃)
100
65
出口温度(℃)
75
90
压强降(kPa)
≤100
≤100
二、设计方案
(1) 根据热量平衡的关系,求出未知的换热量和质量流量,同时算出两流体的平均温度差;
(2) 参考有关资料、数据,设定总传热系数K,求出换热面积S,根据已知数据初选换热器的型号;
(3) 运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求;
(4) 参考有关资料、数据,查出流体的污垢热阻;
(5) 根据式
求得流体的总传热系数,该值应不小于初设的总传热系数,否则改换其他型号的换热器,由(3)开始重新计算;
(6) 如果大于初设值,则再进一步核算两流体的压强降和换热量,是否满足设计要求,否则改换其他型号的换热器,由(3)开始重新计算;
(7) 当所选换热器均满足设计要求时,该换热器才是合适的。
三 、初步选定
(1) 已知两流体的工艺参数
高温水 t1′= 100℃
t1〞= 75℃
△P1≤100 kPa
循环水 t2′= 65℃
t2〞= 90℃
△P2≤100 kPa
(2) 确定两流体的物性数据
高温水的定性温度为:
循环水的定性温度为:
根据定性温度,分别查取两流体的有关物性数据:
① 热的一侧(高温水)在87.5℃下的有关数据如下:
密度 ρ1 = 970.17 kg/m3
定压比热容 cp1 = 4.196 kJ/(kg·℃)
导热系数 λ1 = 0.67425 W/(m·℃)
流体运动黏度 ν1 = 0.355×10-6 m2/s
普兰特数 Pr1 = 2.145
② 冷的一侧(循环水)在77.5℃下的有关数据如下:
密度 ρ2 = 976.3 kg/m3
定压比热容 cp2 = 4.18 kJ/(kg·℃)
导热系数 λ2 = 0.669 W/(m·℃)
流体运动黏度 ν2 = 0.4205×10-6 m2/s
普兰特数 Pr2 = 2.465
(3)计算热负荷和两流体的质量流速
热负荷:
高温水质量流速:
循环水质量流速:
(4)计算两流体的平均传热温差
对数平均温度差:
循环水的传热单元数:
由<图1>查得,取:Ф = 0.942,
则平均传热温差:
(5)初选换热器型号
根据两流体情况,假设K′=3100 W/(m2·℃),故:
传热面积:
由换热器系列
标准
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中初选BR0.3型板式换热器,有关工艺参数如下:
换热面积 So = 35 m2
流程组合
单板换热面积 Ao = 0.368 m2
单流道截面积 Aε = 0.0013392 m2
当量直径 de = 0.0072 m
板片厚度 δo = 0.0008 ( 材料为18.8不锈钢 )
传热和压降计算关联式如下:
若采用此换热器,则要求过程的总传热系数K≥3100 W/(m2·℃)。
四、验 证
(1)算两流体的流速u:
高温水流速:
循环水流速:
(2)算雷诺数Re:
(3)计算努塞尔特数Nu:
(4)求两流体的传热系数α:
高温水传热系数:
循环水传热系数:
(5)求污垢热阻R:
参考<表二>选取两流体的污垢热阻为:
(6)求总传热系数K,并核算:
在板壁热阻和热损失可以忽略时,总传热系数为:
计算表明,K大于选择该型号换热器的初设值K′= 3100 W/(m2·℃),故初选的BR0.3型板式换热器是合适的,满足设计要求。
五、核 算
(1)压强降△P核算:
热侧流道为流体压缩流道,冷侧流道为流体扩张流道
高温水压强降:
循环水压强降:
计算表明,高温水和冷却水的压强降均满足设计要求。
(2)换热器的换热量核算:
而实际设计要求的热负荷量为:Q = 1017361.1 W
即: Q′ > Q
故,换热器的换热量满足设计要求。
六、结 论
通过计算表明,所选的BRO.3型换热器满足该住宅地用于高温水加热暖气循环水的设计要求。(板壁热阻和热损失可以忽略的情况下)。
七、设计结果
换热器型式:BRO.3型板式换热器
板式换热器构造:
1——前支柱; 2——活动压紧板;
3——上导杆; 4——垫片; 5——板片;
6——固定压紧板; 7——下导杆;
8——压紧螺柱、螺母。
换热面积(m2):35
流程组合:
单板换热面积(m2);0.368
单流道截面积(m2):0.0013392
当量直径(m):0.0072
板片厚度(m):0.0008
材料:18.8不锈钢
工艺参数
名称
热侧
冷侧
物料名称
高温水
循环水
操作温度(℃)
100 / 75
65 / 90
流量(kg / h)
34914
34972
流体密度(kg / m3)
970.17
976.3
流速(m/s)
0.311
0.31
传热量(W)
1049995.6
总传热系数(W/(m2·℃))
3184.7
对流传热系数(W/(m2·℃))
11200
11679
污垢系数((m2·℃)/ W)
0.45×10-4
0.45×10-4
压强降(Pa)
46223.6
40625.1
八、附 录
<表1> 板式换热器的污垢热阻 (m2·℃)/ W
<图1> 多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献
(1) 《板式换热器工程设计手册》(重排本)杨崇麟主编.北京:机械工业出版社,1998;
(2) 《板式换热器的设计与应用》[J] 刘相宜.山东能源,1989年(4):1—5。
(3) 《换热器设计手册》(第三卷)[M]E.U.施林德尔 . 马庆芳等译 . 北京:机械工业出版社,1988;
(4) 《换热器设计手册》钱颂文等译.北京:化学工业出版社,2002;
(5) 《热交换器设计手册》(下册)[M]尾花英朗[日].北京:石油工业出版社,1981;
(6) 《热交换器原理与设计》史美中、王中铮.东南大学出版社,1996.11;
(7) 《换热器原理及计算》[M]朱聘冠.北京:清华大学出版社,1989;
(8) 《机械设计课程设计》巩云鹏.东北大学出版社,2000.12.
(9) 《传热学》[M]杨世铭.北京:人民出版社,1981;
(10)《换热器》(中册)[M]兰州石油机械研究所主编.北京:烃加工出版社,1988;
换热器
中文名称:
换热器
英文名称:
heat exchanger
其他名称:
热交换器
定义:
将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。
应用学科:
航空科技(一级学科);航空安全、生命保障系统与航空医学(二级学科)
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
求助编辑百科名片
换热器
换热器(英语翻译:heat exchanger),是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体,使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备,又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域,随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越多。