设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
任务书
设计一个管壳式换热器，用冷水冷却，参数如下：
条件
热流体
冷流体
备注
工质
废水
自来水
进口温度
70℃（
）
15℃（
）
出口温度
22℃（
）
通过能量守恒
流量
18t/h
30t/h
工作压力
本问题未涉及压力
一、设计计算
1、
方案
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确定
（1）热交换器的类型的选择
考虑到热交换器的管壁温度和壳体温度之差不会较大，因此选定为壳管式热交换器。
（2）流程的选择
由于逆流换热的换热温差大，换热效果好，因此本次设计采用逆流换热。由于高温的热废水易结垢，因此令废水走管程；同时令冷水走壳程。
2、计算物性参数
（1）热水的物性参数
热水进口温度：
热水出口温度：
水的质量流量：
定性温度：
查得46℃下水的物性参数如下：
密度
比热
导热系数
运动粘度
普朗特数
动力粘度
热水的体积流量：
（2）冷却水的物性参数
冷却水的进口温度：
冷却水的出口温度：
【注】冷却水出口温度估计计算过程：
由能量守恒
估计计算。由qm1、qm2、cp1、 t1'、t2'已知且在30~60℃水的比容几乎无变化,从而带入数据的
。
定性温度：
查得30℃下冷却水的物性参数如下：
密度
比热
导热系数
运动粘度
普朗特数
动力粘度
3、估算传热面积
（1）热流量
（2）冷却水的流量
冷却水的质量流量：
冷却水的体积流量：
（3）对数平均温差
先按纯逆流计算
（4）初算传热面积
本问题是水——水换热，查得传热系数大致范围为：
。但由于是实际问题，所以初选传热系数为
，则估算的传热面积为：
4、工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速
选用
的碳钢传热管，查表得，取管内流速
。
（2）管程数和传热管数
根据传热管内径和流速确定单程传热管数：
，取33根。
按单管程计算，所需传热管长度为：
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据换热管规格
标准
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，选取换热管长
为7.5m，则该热交换器的管程数为：
则传热管总根数为：
根
（3）对数平均温差和壳程数
按单壳程四管程结构，查图得温差修正系数为
（大于0.8），因此确定采用单壳程，则对数平均温差为：
（4）传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。
查表得，管间距
隔板中心到离其最近一排管中心距离：
则两程相邻管的管心距为
。
（5）壳体直径
取管板利用率为
，则壳体直径为：
圆整到标准可取
。
查表得壳体壁厚为
。
6）折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为
取折流板间距
，根据标准可取150mm
折流板数目
（7）接管
①壳程流体进出口接管
取接管内流体流速为
，则接管内直径为：
圆整后可取管内径为
。
②管程流体进出口接管
取接管内流体流速为
，则接管内直径为：
圆整后可取管内径为 150mm。
5、热交换器校核
（1）传热面积校核
①管程对流传热系数
流通截面积
流体流速
雷诺数
流动属于湍流，则管程对流传热系数为：
②壳程对流传热系数
管子按正三角形排列，传热当量直径为：
壳程流通截面积：
流体流速
雷诺数
壳程对流传热系数为：
③污垢热阻和管壁导热
经查表取关内侧和外侧的污垢热阻分别均为0.000176
。换热管壁厚为0.0025m，碳钢在此条件下的导热率为50
④总传热系数
5 传热面积校核
热交换器需要的实际面积
热交换器的实际面积
面积裕度
在范围
内，所以该热交换器能满足换热需要。
6、结果分析
本问题我组所得结果
在范围之内，符合要求。
具体的影响因素分析如下：
如果
，亦即A的值较Aˊ的值偏小，那么，由
,知增大n和l值（即Ns和L）。
(L不变)
由Ns↑→A↑;
Ns↑→
↑、
↑→
↓、
↓→k（验证所得总传热系数）↑→
↓；
可以得到符合要求的设计。
因为
且增大Ns来调节，那么，就是减小查表所取得
值，也就是说在估算中管内流速取小了。
（Ns不变）
由L↑→A↑;
不变；可以得到符合要求的设计。
因为
且增大L来调节，那么，就是减小查表所得k值，也就是说取得k值偏大了。
四、设计感想
这次换热器课程设计，使我对换热器的设计过程有了更加深的了解，通过实际的设计计算，将所学的专业知识运用到实际的工程问题中，巩固了我对理论知识的理解。
这次设计计算并不是一次性计算成功的，第一次的设计并不一定校核标准，多次更改参数试算后，才得到符合校核条件的尺寸，因此通过多次的数据代入，我分析得出了影响该设计实验的影响因素，从更加方便的调整数据，得到合理的设计方案。在后来的管程排布中，管道的排布开始总是不合理，在查阅资料并请教老师后，我得到了合理的管程布局。
设计过程还锻炼了我的数据分析和计算能力，并且我还得到了很多工程设计的经验，这些对我今后的学习和以后的工作都有非常大的帮助。
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