船舶柴油机高温淡水冷却器设计任务书.doc

船舶柴油机高温淡水冷却器设计任务书 第1章 绪论 1.1 换热器的概述 换热器在工业生产中，，电厂热力系统中的冷水塔，制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器等都是热交换器的应用实例。在各个生产领域中，要挖掘能源利用的潜力，做好节能减排，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和正确地设计与使用热交换器密不可分。壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热系数大正方形排列管外清洗方便，适用于易结垢的流体。两程流体对材质没有什么特殊的要求，两程温差、压力相差不大?tm—两种流体之间的平均温度，℃。 2.1.2 热平衡方程式 如果不考虑散至周围环境的热损失，则冷流体所吸收的热量就应该等于热流体所放出的热量。这时的热平衡方程式可写为： （2-2） 实际上任何热交换器都有散向周围环境的热损失，这时热平衡方程式就可写成： （2-3） 式中：M1、M2—分别为热流体与冷流体的质量流量，kg/s； t1、t2—分别为热流体与冷流体温度，其右上角“’”代表流体的进口状态，“””代表流体的出口状态； η—以放热量为准的对外热损失系数，通常为0.97~0.98。 2.1.3 平均温差 流体在热交换器内的流动形式有顺流、逆流、混流和错流等，其中以顺流和逆流最为简单。顺流和逆流情况下的平均温差为： （2-4） 计算其他流动方式的平均温差时，先按顺流和逆流形式计算出平均温差，再乘以相应的修正系数即可。 2.2固定管板式热交换器的设计步骤 管壳式热交换器的一般设计步骤为： （1） 根据设计任务搜集有关的原始资料，并选定热交换器的型式； （2） 确定定性温度，并查取物性数据； （3） 由热平衡计算热负荷及热流体或冷流体的流量； （4） 选择壳体和管子的材料； （5） 选定流动方式，确定流体的流动空间； （6） 求出平均温差； （7） 初选出传热系数，并初算传热面积； （8） 设计热交换的结构； （9） 管程换热计算及阻力计算； （10）壳程换热计算； （11）校核传热系数和传热面积； （12）核算壁温； （13）计算壳程阻力，使之小于允许压降； （14）绘制正式图纸、编写材料表等。 以上一些步骤可以根据设计时的具体情况进行适当调整，对设计结果应进行分析，发现错误及时纠正，保证结果的准确。 第3章 固定管板式换热器的初步设计 3.1 原始数据 （1）高温淡水进口水温为：85℃； （2）高温淡水出口水温为：72℃； （3）高温冷却淡水流量为：58m3/h； （4）低温淡水进口水温为：33℃； （5）低温淡水出口水温为：45℃； （6）允许最大压力降：0.1Mpa； 3.2 确定物性参数 3.2.1 定性温度 由于壳程和管程流体都不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。 壳程高温淡水的平均温度为： （3-1） 管程低温淡水的平均温度： （3-2） 3.2.2 物性参数 根据参考文献[2] P563 附录9 ，得管程低温淡水和壳程高温淡水在各自的定性温度下的物性参数如表3-1。 表3-1 物性参数 密度 kg/m3 定压比热容 kJ/（kg·℃） 导热系数 W/（m·K） 动力粘度 Pa·S 普朗特数Pr 管程低温淡水（39℃） 992.6 4.174 0.633 668.12 4.42 壳程高温淡水（78.5℃） 972.7 4.1935 0.673 362.7 2.24 3.3 传热量及平均温差的计算 壳程高温冷却水的质量流量： （3-3） 传热量： （3-4） 由此可得管程低温淡水的质量流量：