2.4 初选传热面积及换热管的确定 12

2.4.1 初选传热面积 12

2.4.2 换热管的管径与其管内流速 13

2.4.3 管子总数 13

2.4.2 管间距 14

2.5 管程传热系数 14

2.5.1 管程流通截面积 14

2.5.2 管程实际流速 14

2.5.3 管程质量流速 15

2.5.4 管程雷诺数 15

2.5.5 管程传热系数 15

2.6 壳程传热系数 15

2.6.1 壳体内径 16

2.6.2 折流板 16

2.6.3 壳程流通面积 17

2.6.4 壳程流速 18

2.6.5 壳程质量流速 18

2.6.6 壳程当量直径 18

2.6.7 壳程雷诺数 18

2.6.8 壳程传热系数 19

2.6.9 总传热系数的确定 20

2.7 换热壁温的计算 20

2.7.1 管外壁热流密度 21

2.7.2 管外壁温度 21

2.7.3 管内壁温度 21

2.8 校核计算 21

2.8.1 总换热系数 22

2.8.2 实际换热面积 22

3 流动阻力计算 24

3.1 管程流动阻力计算 24

3.1.1 壁温下水的黏度 25

3.1.2 黏度修正系数 25

3.1.3 管内沿程压力降 25

3.1.4 管程回弯压力降 25

3.1.5 局部压力降 25

3.1.6 管程总压降 26

3.2 壳程流动阻力计算 26

3.2.1 管束压降 26

3.2.2 进出口管压降 27

3.2.3 导流板压降 27

3.2.4 壳程压降 28

4 结构计算和强度校核 29

4.1 壳体设计 29

4.1.1 壳体厚度 29

4.1.2 壳体在有效厚度下的应力校核 30

4.2 折流板设计 30

4.3 管箱设计 32

4.3.1 封头管箱 32

4.3.2 后端结构 34

4.3.3 分程隔板 34

4.3.4 接管 34

4.4 管板设计 35

4.4.1 拉杆和定距管 36

4.4.2 换热管孔布置 36

4.5 法兰选择 37

4.6 鞍座选择 37

总结 38

致谢 39

参考文献 40

附录 41

1 绪论

1.1 换热器研究的目的和意义

换热器目前被广泛应用于石油，化工，轻工，食品，海洋工程和城市建设等行业。在我们每天生活的日子里，换热器可以轻松地做到我们需要的热量传递，它能够把温度高的物体的热量直接或是间接地传递给温度低的物体，这样换热器可以让我们所需要的那一种或者两种物体达到我们想要的温度。此外，为了响应我国出台的节能和环保的节能政策，换热器这种装置被人们更多地用在了怎么样来进行余热回收。最开始设计的换热器的结构比较简单，但是它们的体积比较庞大而且传热面积并不大，所以导致它们的传热效率比较低。随着科学技术的不断发展，以及从事换热器研究工作的人员的不断努力，换热器的换热工艺有了长足的进步，换热工艺被不断的优化，目前最受欢迎的就是管壳式换热器了。这种换热器它的内部是由一根根换热管子，这些管子就是这种换热器的主要的换热面。这种换热器的结构比较紧凑，相同面积的不同换热器来说管壳式换热器拥有比较大的换热面，而且管壳式换热器比较方便检修，所以目前这种换热器被应用的最为广泛。

经济一天天的飞速发展，相关的传热技术如雨后春笋般出现，厂家为了满足生产者的需求，各种不同种类的换热器就被研究出来了。新的换热材料还有新的结构也不断地被发现和设计，这时候就需要一些标准和制度来对换热器进行规范了，因为统一起来的话有助于厂家生产，以及更好地符合使用者的要求。这时候我国开始对一些换热器进行标准的设立，目前已经形成了一种体系，这对换热器的发展有着很大的帮助，比如我本次设计的就是以国家标准GB150.1-2011压力容器，GB151-1999管壳式换热器等作为我主要的参考标准的。如今换热器的发展以强换传热，模型化技术、CFD为发展方向。在这次的换热器设计中，我已经有了足够多的参考依据，这样才使得本次设计过程和结果更加标准。