（完整word版）换热器设计计算

换热器设计计算步骤

1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热

已知：管程油水混合物流量 G ( m3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t1’, 油水混合物出口温度 t2” ℃。

1. 管外自然对流换热

1.1 壁面温度设定

首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，tw ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为t1'℃，油水混合物出口温度为t1\℃。

1tw?(t?t1\)

21.2 定性温度和物性参数计算

管程外为水，其定性温度为(K?1)℃

1t2?(t?tw)

2管程外为油水混合物，定性温度为t2'℃

1t2'?(t1'?t1\)

2

根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值

一般需要查出的为密度? (kg/m3),导热系数?(W/(m?K))，运动粘度(m2/s)，体积膨胀系数a(K?1)，普朗特数Pr。

表1 油水物性参数表

水

t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

油

ρ

999.7 998.2 995.6 992.2 998 983.2 997.7 971.8 965.3 958.4

λ

0.574 0.599 0.618 0.635 0.648 0.659 0.668 0.674 0.68 0.683

v

0.000001306 0.000001006 0.000000805 0.000000659 0.000000556 0.000000478 0.000000415 0.000000365 0.000000326 0.000000295

a

0.000087 0.000209 0.000305 0.000386 0.000457 0.000522 0.000583 0.00064 0.000696 0.00075

Pr

9.52 7.02 5.42 4.31 3.54 2.99 2.55 2.21 1.95 1.75

t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ρ

898.8 892.7 886.6 880.6 874.6 868.8 863.1 857.4 851.8 846.2

λ

0.1441 0.1432 0.1423 0.1414 0.1405 0.1396 0.1387 0.1379 0.137 0.1361

v

0.000564 0.00028 0.000153 9.07E-05 5.74E-05 3.84E-05 0.000027 1.97E-05 1.49E-05 1.15E-05

a

0.00069

Pr

6591 3335 1859 1121 723 493 354 263 203 160

1.3 设计总传热量和实际换热量计算

Q0?Cqm?t?Cqv??t??C油qv?油?t??C水qv?水?t

C为比热容j/(kg?K)，qv为总体积流量m

实际换热量Q

Q?Q0*1.1/0.9

3/s，??分别为在油水混合物中

油和水所占的百分比，?t油水混合物温差，qm为总的质量流量kg/s。

0.9为换热器效率，1.1为换热余量。

1.4 逆流平均温差计算

逆流平均温差ΔTn ℃，

?Tn??tmax??tmin ?tmaxln?tmin其中?tmax和?tmin分别为t?t1'和t?t1\中较大的差值和较小的差值

1.5 换热系数的初选

在计算中要对换热系数K进行迭代，因此现初选换热系数K’。

则初选传热面积F’

QF'??Tn*K'

F'总管数为Nt，Nt?

?*do*L

1.6 管程换热系数h2计算

从传热学角度，管程内部属于强制对流换热。

管程流通面积a2?管程流速w2?diNt?** 224G

a2*3600*24管程雷诺数Re?w2di?（?的数值是按照1.2中油水混合物定性温度对应查得的

数值）

根据Re的大小判断管内油水混合物的流动状态为层流还是湍流 一般Re>10，即为湍流，Re<10则为层流。

(1) 管内油水混合物换热状态为湍流换热

4

4

Nu?0.023Re0.8Prn

加热流体时n=0.4，冷却流体时n=0.3

(2) 管内油水混合物换热状态为层流换热

RePr1Nu?1.86()3

L/di

管程内换热系数h2?Nu

1.7 壳程换热系数h1计算 壳程的换热为自然对流换热

?di

Gr?ga?tL3?2 相关物性参数见1.2查表计算所得，g为9.8.

Nu?C(GrPr)n

常数C和n的选取见表2