沈阳农业大学课程设计
五.换热器核算
5.1热量核算
5.1.1壳程对流传热系数
对圆缺形的折流板，可采用克恩公式： a?du?c??0.140?0.36d（e0?）（p?）（?）
ew
计算壳程当量直径，由正三角形排列可得：
（432t2-?4d30322?0.785?0.d0）4(0.e??d=20252)03.14?0.025=0.020m
壳程流通截面积： So=BD(1-do?t)?0.2?0.4?0.025?2?1?0.032??=0.018m
壳程流体流速为：
uqv0qm01400?0?A? ?1000?0.0489?0.53m/s0?A024?3600?624.89 =
6000/(3600?950)0.018
=0.097m/s
雷诺准数为：
Re097?950o=
douo?o??0.025?0.o0.000742?3104.78
普兰特准数为： Prco?2261?0.000742o=
??o0.172?9.75
Nu=0.36Re0.55Pr1/3（??）0.14。物料被冷却，粘度校正（?）0.14取1，w?w1Nu=0.36?3104.780.55?9.753=64.01
?o?Nu?o???o???d=64.01?=440.39W/m2
℃ o??0.172?0.0255.1.2管程对流传热系数 管道流通面积：
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将数值代入上式：
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762
=0.005966m 4管程流体流速：
16250.60/(3600?995.7)ui=?0.76m/s
0.005966雷诺准数为
0.02?0.76?995.7Rei=?18894.68
0.000801普兰特准数为：
4174?0.000801?5.41 Pri=
0.6180.618?i?0.023??18894.680.8?5.410.4
0.02 =3681.74W/m2℃
Si=0.785×0.02
2
5.1.3传热系数K
根据冷热流体的性质及温度，在(GB151-99P140-141)选取污垢热阻：
污垢热阻：Rsi=0.00058m2℃/W Rso=0.00017 m2℃/W 管壁的导热系数： ?=45 m2℃/W 管壁厚度： b=0.0025
内外平均厚度： dm=0.0225
在下面的公式中，代入以上数据，可得
K?1
dodobdo1?Rsi??Rso??ididi?di?o =
1 =280.43W/m2℃
0.0250.0250.0025?0.0251?0.00058???0.00017?3681.74?0.020.0245?0.0225440.39302.66?280.43=7.34%
302.66 所以，K的裕度为:h=5.1.4传热面积S 由K计算传热面积S'
S'?Q973473.64376830??88.4946m28.8m2 ='K?tm折555.74302.66?19.7943.23 该换热器的实际传热面积为： Sp=?doL(N?nc)=?do?l?d??N?nc?
=3.14×0.025×（6-0.06）×（76-11）=30.3m2
则该换热器的面积裕度为：
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5.2.壁温核算
由于换热管内侧污垢热阻较大，会使传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，减低了传热管和壳体的壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。
tw?Tm?c?tm?h
1?c?1?hH=
Sp?S30.3?28.8?4.95% =
30.3S式中液体的平均温度tm和Tm为：
t1?t240?20??30（℃） 22T?T140?40 Tm?12??90（℃）
22tm? ?c??i?3681.74W/m2℃
?h??o?440.39W/m2℃ 传热管平均壁温：tw?903681.74?30440.39?36.18℃
13681.74?1440.39 壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即T=90℃
壳体壁温和传热管壁温之差为：?t?90?36.18?53.82℃
由于换热器壳程流体的温差不大，壳程压力不高，因此，选用固定管板式换热器较为适宜。
5.3.流动阻力的计算
因为壳程和管程都有压力降的要求，所以要对壳程和管程的压力降分别进行核算。
5.2.1管程流动阻力
管程压力降的计算公式为：
?pi?(?p1??p2)NsNp
Rei=18894.68（前面已求），为湍流。
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?0.1取绝对粗糙度??0.1mm, ??0.005
di20查??Re关联图，可得摩擦因数:??0.035，
l60.7622??p1???u?0.035??995.7??3019.36Pa2di0.022?p2?3?u22?3?995.7?0.76?862.67Pa22
另外，式子中：
壳程数Ns=1,管程数Np=4 代入公式中，有：
?pi?(?p1??p2)NsNp
=（3019.36+862.67）×1×4 =15528.12Pa<35kpa
5.2.2壳程流动阻力
由于壳程流体的流动状况比较地复杂，所以计算壳程流体压力降的表达式有很多，计算结果也相差很大。下面以埃索法计算壳程压力降：
壳程压力降埃索法公式为：
??P0?（?P1'+?P2'）FsNs
?p1——流体横过管束的压力降，Pa；
?p2——流体通过折流挡板缺口的压力降，Pa；
Fs——壳程压力降的垢层校正系数，无因次，对于液体取1.15，对于气体取1.0；
Ns——壳程数；
（而?P?Ff0NcNB+1）'1?u022，其中F?0.5，f0?5Re?0.228，Nc?23=0.86，nc=11，
NB=29,uo=0.097m/s。
F——管子排列方法对压力降的校正系数，对正三角形排列，F=0.5，对正方形斜转45o排列，F=0.4，正方形排列，F=0.3;
fo——壳程流体的摩擦系数，当Re﹥500时，fo?5(Reo)?0.228 nc——横过管束中心线的管子数，对正三角形排列 NB——折流挡板数 代入数值得：
0.0972?p1'=0.5×0.86×11×30×950×=634.19Pa
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2h?u02而?p2?N（，其中h=0.2m，d=0.4m，NB=29, ）B3.5-D2'D——壳径，m
h——折流挡板间距，m do——换热器外径，m
uo——按壳程流通截面积S计算的流速，而S=h（D-ncdo）=0.025m2
6000?0.7ms
3600?0.025?950代入数值得：
故u?o2h?u02 ?p2?N（）B3.5-D2'
2?0.2950?0.072 =29×（3.5-）× 0.42 =168.74Pa
对于液体Fs=1.15，于是我们有：
??P0?（?P1'+?P2'）FsNs=1.15×1×（634.19+168.74）=923.37Pa<35kpa
经过以上的核算，管程压力降和壳程压力降都符合要求。
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