一设计任务：某厂用冷却水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。操作条件及物性如下：
试选用一台适当型号的列管式换热器。
与有机液相比，水易结垢，且对流传热系数一般较大，所以冷却水走换热器管程，有机液走换热器壳程。
1计算热负荷。
w2计算两流体的平静温度差。
暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温度差为。
t2=t1+⊿t=25+16.2=41.2℃
有机液的定性温度tm=(t1+t2)/2=(65+50)/2=57.5（℃）
水的定性温度tm=(t1+t2)/2=(25+41.2)/2=33.1（℃）
两流体的温差tm-tm=57.5-33.1=24.4（℃）
由于两流体温差不大于50℃，故选用固定管板式换热器。
表1两流体在定性温度下的物性数据如下：
q=whcp(t1-t2)=40000×2.261×103 ×(65-50)/3600=376833.33(w)
水耗量为：
w=q/(t2-t1). cp =376833.33/20000 ×(41.2-25)／3600×4.187×103=10.02(kg/s)
逆流温差r= ℃
r=(t1-t2)/（t2-t1）=(65-50)/(41.2-25)=0.93
p=(t2-t1）/(t1-t1) =41.2-25)/(65-25)=1.08
按单壳程，双管程进行计算，对逆流传热温差△tm／进行校正。
由r 和p查温度差校正系数图，得＆△t=0.97>0.8，可行。
△tm=＆△t×△tm／=0.99×27.5=26.675(℃)
＆△t=0.97>0.8,故可选用单壳程列管换热器。
初步估计一个总传热速率常数k估，计算传热面积a估，确定管程数根据管内为水，壳程为有机液，k值范围为290～698ｗ／m2. ℃初选 ｋ估＝450ｗ／m2.℃
则估算传热面积为：
a估＝ｑ／估△tm＝3.78×105/450×26.675=31.5（m2）
取管内水流速度为0.9 m/s2选用φ25*2.5mm，管中心距t=32mm
单程管数为n/=vs/0.785di2u= wc /ρ0.785×0.022×0.9=32
单程管长为l=s/лd0 n/=31.5/3.14×0.025×32=12.5m
所以选择管长为标准管长l=6m,管程数np=l/l=12.5/6≈2(管程)
传热管总根数n=32×2=64（根)
管子的三角形排列。
表2换热器具体参数：
换热器的实际传热面积：
a实际=nлd0(l-0.1)=94×3.14×0.025×(6-0.1)=43.5m2
该换热器要求的总传热系数为：
k实际=q/a实际△tm=3.78×105/43.5×26.675=326ｗ／m2. ℃
wc=20000/3600=5.57 （kg/s）
vc=wc/ρc=5.57/1000=0.0056（m3/s）
ai= n/2×л×di2/4=94/2×0.785×0.022=0.014758（m2）
ui=vc/ai=0.0056/0.014758=0.38(m/s)
rei= di uiρi/μ=0.02×0.38×1000/0.001=7551(湍流)
pri= cpμ/λ4.187×103×1×10-3/0.621=6.74
i=0.023（λ/di）re0.8pr0.4
=1935（w/m.℃）
换热器中心附近管排中流体流通截面积为。
a0=hd(1-d0/t)=0.6×0.4×(1-0.025/0.032)=0.05m2
h—折流挡板间距，取600mm。d-壳体直径通过管子排列计算出d=0.4m。t—管中心距，对φ25×2.5mm的管子，t=32mm
wh=40000kg/h=11.11kg/s
vh= wh/ρ=11.11/950=0.0117m3/s
u0= vh /a0=0.0117/0.05=0.2（m/s)
由正三角形排列。
de=4(√3t2/2-лd02/4)/ d0=4[√3(0.032)2/2-3.14×(0.025) 2/4]/3.14×0.025=0.0202m
re0= de u0ρ/μ0.0202×0.2×950/0.742×10-3=5221
re0在2×103～１×6范围内，故可以用下式计算α0
0＝(０de)（re0）０.pr０１／u/uw）0.14
=0.36×0.172/0.
0202×(5221)0.55×(2.261×103×0.
742×10-3/0.172)1/3×1.05=771（w/m.
℃）1）确定污垢热阻：根据经验水的污垢热阻为rsi=0.00026m2.℃/w
有机物的污垢热阻可取rs0=0.000176m2.℃/w
2）求总传热系数。
=１／0＋rs0＋δd0／λdm+rsid0/di+ d0/αi di）
376（ｗ／m2.℃)
a=q/k△tm=376833.33/(376×26.578)=37.7m2
所选择的换热器的面积裕度为：
a实际-a)/a=(43.5-37.8)/37.7=15.1%＞15%
则该换热器传热面积的裕度符合要求。
⊿pi=(⊿p1+⊿p2)ftnpns
前已算出ui=0.38m/s
rei=7551(湍流)
取碳钢管壁粗糙度ε为0.2mm,则ε/d=0.2/20=0.01,由内摩差系数查图查得λ=0.042
则：p1=λlρui 2/2 di =0.042×6×1000×(0.38)2/2×0.02=910（pa）
p2=3×ρui 2/2=3×1000×(0.38)2/2=216.6（pa）
对于φ25×2.5 mm的管子， ft=1.5,且np=2, ns=1
⊿pi=(⊿p1+⊿p2)ftnpns=(910+216.6)×1.5×2×1=3379（pa）
⊿p0=(⊿p1/+⊿p2/)fsns
其中fs=1.15(液体) ,ns=1
p1/=ff0nc(nb+1) ρu02/2
管子正三角形排列，取f=0.5
对于正三角形排列ntc =1.1（nt）0.5 =（94）0.5≈11
折流挡板数nb=l/ h-1=6/0.6-1=9（块）
a0=h(d- ntc do )=0.6×(0.4-9×0.025)=0.105(㎡)
u0= vh /a0=40000/3600×950×0.105=0.11(m/s)
re0= de u0ρ/μ0.025×0.11×950/0.742×10-3=3576>500
fo=5re0-0.228=0.774
⊿p1/=ff0ntc(nb+1)ρu02/2=0.5×0.774×11×(9+1)×950×0.112/2=244（pa）
p2/=nb(3.5-2h/d)ρu02/2=9×(3.5-2×0.6/0.4)×950×0.112/2=25.86（pa）
⊿p0=(⊿p1/+⊿p2/)fsns=(244+25.86)×1.15×1 =250.86（pa）
由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强降均满足要求，故所选换热器合适。
壳程流体进出口接管：取接管内有机液流速为5.6 m/s，则接管内径为。
d1=√4wh/лu=√4×40000/3.14×1000×5.6×3600=0.05 m
取标准管径为50mm
管程流体进出口接管：取接管内水流为0.6 m/s，则接管内径为。
d2=√4wh/лu=√4wh/лu=√4×20000/3.14×1000×3600×0.6=0.14 m
取标准管径为140mm
tm—有机液的定性温度tm--水的定性温度。
q—热负荷wh—热流体的流量
wc—水耗量cp—流体比热， kj/kg.℃
t1—热流体进口温度t2—热流体出口温度， ℃
t1—冷流体进口温度t2—冷流体出口温度， ℃
tm—逆流温度修正系数。
-传热系数， ｗm2a估—估计传热面积，m2
a实际—实际传热面积， m2n—单程管数。
换热器课程设计
目录。一 设计意义3 二 主要参数说明3 三 设计计算5 1 确定设计方案5 2 确定物性数据5 3 计算总传热系数5 4 计算传热面积6 5 工艺结构尺寸6 6 换热器核算8 1 热量核算9 2 换热器内流体的流动阻力9 3 换热器主要结构尺寸和计算结果总表10 7 选用一台合适的离心泵11 四 ...
换热器课程设计
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