螺旋板式換熱器的設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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|Qw - Qa|/Qave少于0.05，用于分析是。變濃熱轉(zhuǎn)學比例，Qave，空氣的熱傳遞率、Qa熱傳遞率，Qw平均熱傳遞率。試驗做了以空氣和熱水測試部分的不同的流速。當空氣流動率，入口熱水溫度都保持恒定時，熱水流速隨的速度增加而增加。使用溫度調(diào)解器控制的電暖氣可以調(diào)整熱水溫度以達到期望水平。在所有數(shù)據(jù)被記錄了之前，系統(tǒng)允許接近穩(wěn)定。試驗條件的范圍在這其中測量的研究和不確定值分別在表2和3被測量。表1 螺旋翅片管熱轉(zhuǎn)換器的維度參量 大小外直徑管(毫米) 9.4內(nèi)直徑管(毫米) 8.6直徑 115.0直徑螺旋卷2 (毫米) 205.5直徑螺旋卷3 (毫米) 285.0直徑螺旋卷4 (毫米) 365.0螺線簧圈節(jié)距(毫米) 16.38殼直徑(毫米) 430卷輪的數(shù)字 7螺線卷的數(shù)字 4每卷之間的距離(毫米) 42殼的長度(毫米) 355進氣口的孔直徑 (毫米) 298飛翅的每米數(shù)值 500飛翅高度(毫米) 18.64 飛翅外部直徑(毫米) 28.25 飛翅高度(毫米) 2 飛翅厚度(毫米) 0.5表2試驗條件 可變物 范圍 入口空氣溫度 四周 入口水溫度(k) 313323 (4050_C) 空氣流量率(kg/s) 0.040.13 水質(zhì)量流率(kg/s) 0.200.40 測量表3不確定性儀器 準確性(%) 不確定性(%)管口米(空氣速度m/s) 2.0 0.23 轉(zhuǎn)子流量計(水質(zhì)量流率kg/s) 0.2 0.003熱電偶T類型， 0.1 0.03 數(shù)據(jù)列表(k) 0.04濕氣發(fā)射機 0.5 0.223 數(shù)據(jù)為了確定熱傳遞典型的熱轉(zhuǎn)換器從被記錄數(shù)據(jù)的穩(wěn)定情況在每次測驗運行期間，修正系數(shù)對數(shù)的方法運用于溫度確定UA。 可以給空氣的熱傳遞率那是，空氣流量率是入口空氣的焓，是出口空氣的焓。 可以給的空氣的熱傳遞率那是水的質(zhì)量流率，控制點，w是水，Tw比熱，并且Tw，分別為入口和出口水的溫度。用于演算的熱傳遞的總率從空氣邊和海濱平均值空氣邊傳熱系數(shù)熱轉(zhuǎn)換器從整體熱傳遞關(guān)系是恒定的那總傳熱系數(shù)可以被確定為 那對數(shù)意味溫度區(qū)別為 且F是修正系數(shù)。 管邊傳熱系數(shù)，從Gnielinski semi-empirical交互作用得到的Nusselt數(shù)字被評估16為。Prandtl數(shù)值，Pr，被評估為可變的溫度，并且被評估為墻壁溫度。因素被介入原始的等式，由Schmidt 17考慮到有形的溫度的依賴性。為湍流在螺旋管摩擦因子18 那是曲度，D的直徑，與卷直徑Dc和高度，P有關(guān)，螺線卷 動力粘度，是水在絕對水溫，且動力粘度，是在墻壁溫度。雷諾茲數(shù)值計算從 那是水密度，是水動力粘度， d是螺線卷(8.6毫米)的內(nèi)直徑，且是平均速度，水的螺線卷。 整體表面的有效率，被定義為有效熱調(diào)動區(qū)域比與變濃熱調(diào)動區(qū)域，可以被飛翅有效率、飛翅表面 總表面積，如以下： 在中，是基本的區(qū)域。飛翅有效率，取決于提議的方法。19如下 是從管的中心的到飛翅表面的距離， 是從管的中心的到飛翅內(nèi)側(cè)的距離， 是第一種類，修改過的貝賽爾作用解答，0， 是第一種類，修改過的貝賽爾作用解答，1， 是第二種類，修改過的貝賽爾作用解答，0， 是第二種類，修改過的貝賽爾作用解答，1， 是從 其中是飛翅厚度和是飛翅的導(dǎo)熱性。 要獲得空氣的傳熱系數(shù)，一個是解決。 (4)(12). 熱轉(zhuǎn)換器的空氣的傳遞特征如下被提出用Colburn j因素 如：用于有效率評估螺線卷起的熱轉(zhuǎn)換器的效果:4 結(jié)果和討論圖5在顯示水溫和管墻壁溫度在不同的位置在和在上圖顯示的卷數(shù)字，用于辨認被考慮的卷，即卷第1和4代表，各自最內(nèi)層的卷和最外層的卷。水和管墻壁溫度被測量在每卷的最高的層數(shù)(層數(shù)1)和最低的層數(shù)(層數(shù)7)。 熱水進入最最低的層數(shù)被分離到每卷，沿每卷流動并且流動在最高的層數(shù)(層數(shù)1)?？諝膺M入熱轉(zhuǎn)換器在殼的上面和中心并且橫跨流動在水軸向地流動在熱轉(zhuǎn)換器之前在排氣口部分，在熱轉(zhuǎn)換器的底部。，水溫和管墻壁溫度總高于預(yù)計的同一個位置。在熱水流程期間中沿每卷從更低的層數(shù)到上層，熱水將逐漸轉(zhuǎn)移到空氣，導(dǎo)致水和管墻壁溫度減退在上層。 圖6顯示水溫和管墻壁在層數(shù)每螺線卷、和= 0.085 kg/s為另外入口水溫42，。 它能清楚地被看見水溫和管墻壁溫度在每卷增加以在入口水溫的增量。 他們從內(nèi)在卷逐漸也減少到外面卷。 圖7顯示水溫和管墻壁溫度在層數(shù)每螺線卷1的Tw，在為0.33， 0.37 kg/s.的水質(zhì)量流率。應(yīng)該注意到它，當入口水溫，入口氣溫，空氣流量率是常數(shù)，并且管墻壁溫度以最低水位質(zhì)量流率相比。 圖5 水溫的變化和管圍住溫度在層數(shù)1和層數(shù)7數(shù)值 圖6 水溫和管墻壁溫度的變化在層數(shù)1以卷數(shù)為不同的入口水溫度 圖7 水溫和管墻壁溫度的變化在層數(shù)1以卷數(shù)化為水質(zhì)量流率圖8顯示水溫和管墻壁溫度在層數(shù)每螺線卷1在Tw，在， 0.071， 0.11 kg/s.的另外空氣流量率。 隨著空氣流量率的增加，水溫和管墻壁溫度傾向于減少。 然而，它能被看見空氣流量率的作用在水溫和管墻壁溫度是非常低的。圖9顯示出口氣溫的變化以空氣流量率為Ta，在為入口水溫40，45，。 在具體入口氣溫，入口水溫，澆灌質(zhì)量流率和結(jié)果得到。 8空氣流量率影響水溫，保持熱傳遞率單程與水邊相等，當增加時空氣流量率是通過減少出口氣溫。所以，它能清楚地被看見為特定水質(zhì)量流率、入口水溫和入口氣溫，出口氣溫傾向于減少以質(zhì)量流率。另外，以平靜的空氣質(zhì)量流率，出口氣溫在更高的入口水溫那橫跨空氣流量率的范圍。 圖10顯示在出口氣溫和空氣流量率之間Ta，在= 32 C， Tw，在= 50 C為0.21， 0.25， 0.29， 0.33， 0.37 kg/s.的另外的水質(zhì)量流率。以平靜空氣質(zhì)量流率，出口氣溫，以水位高質(zhì)量流率橫跨空氣流量率。當空氣流量率在Ta，另外入口水溫40， 45， 50 C.，圖11在出口水溫顯示的變化。 在上這個圖顯示的結(jié)果對應(yīng)與那些在數(shù)值。 4. 出口水溫傾向于輕微地減少在空氣流量率的增量。圖8水的溫度和管壁溫度的變化在第一層線圈數(shù)不同的空氣質(zhì)量流率圖9出口空氣的溫度與空氣質(zhì)量流率的變化針對不同的入口水溫圖10出口空氣的溫度與空氣質(zhì)量流量的變化在不同的水的質(zhì)量流率圖11出口水溫的變化與空氣質(zhì)量流率在不同的入口水溫 圖12與空氣質(zhì)量流量的平均傳熱率的變化在不同的水的質(zhì)量流率率 圖12在= 32 C， Tw顯示平均熱傳遞率被反對空氣流量率Ta，在= 45 C為0.21， 0.25， 0.29， 0.33， 0.37 kg/s.的水質(zhì)量流率。熱傳遞率與空氣流量率和水質(zhì)量流率地比例。水質(zhì)量流率的在熱傳遞率能清楚地看到的更高的空氣流量率。 圖13管側(cè)的傳熱系數(shù)與水的變化質(zhì)量流率不同的入口的水的溫度 圖13顯示的平均管側(cè)的變化傳熱系數(shù)計算出來的數(shù)據(jù)獲得的與水的質(zhì)量流率在本實驗中各種進水溫度。正如預(yù)期的那樣，隨平管側(cè)的傳熱系數(shù)的增大而增加的水的質(zhì)量流率。在一個給定的水的質(zhì)量流率，平均管側(cè)的熱傳遞系數(shù)較高的高于較低的進口水溫。此外，我們的實驗結(jié)果表明，管側(cè)傳熱的空氣質(zhì)量流率的影響系數(shù)。圖14與空氣的空氣側(cè)的傳熱系數(shù)的變化質(zhì)量流率不同的入口的水的溫度 圖15與空氣的空氣側(cè)的傳熱系數(shù)的變化得不同的水的質(zhì)量流率的質(zhì)量流量 圖14和15示為不同的空氣質(zhì)量流率的傳熱系數(shù)與入口的水的溫度和水的質(zhì)量流率外端的變化，外側(cè)的傳熱系數(shù)迅速地增加與空氣的質(zhì)量流率。入口的水的溫度和水的質(zhì)量流率，顯示出顯著的作用，對外側(cè)的傳熱系數(shù)。 圖16，17和18顯示科爾伯恩j數(shù)與空氣側(cè)雷諾茲數(shù)?？諝鈧?cè)的雷諾數(shù)計算，REA = qaVaD的/拉QA為空氣的密度，la是空氣的動力粘度。兩密度和動態(tài)粘度的基礎(chǔ)上，測得正確的空氣溫度。 D是入口部分的熱交換器的直徑（D = 0.298米）。 Va是流動的空氣的熱量通過入口交換率的平均速度。如圖所示，科爾伯恩因素隨空氣側(cè)的雷諾數(shù)的增加水側(cè)的雷諾數(shù)。從圖中觀察到的水的質(zhì)量流量和進水溫度有重大影響的特點。從該圖可以看出，由于空氣雷諾數(shù)的增加，所有的曲線變得平坦并傾向于接近一個特定的科爾伯恩j數(shù)。 圖16科爾伯恩因素變化與空氣側(cè)雷諾茲數(shù)不同的入口水溫 圖17科爾伯恩因素的變化與空氣側(cè)雷諾茲不同的入口水溫 圖18科爾伯恩因素變化與空氣側(cè)雷諾茲不同的水的質(zhì)量流率數(shù) 圖19熱交換器的變化與空氣側(cè)的有效性雷諾數(shù)得到的不同的入口的水的溫度 圖20熱交換器的變化與空氣側(cè)的有效性雷諾數(shù)得到的不同的水的質(zhì)量流率 圖19，20顯示的空氣側(cè)雷諾數(shù)的有效性變化。用于估計螺旋換熱器的性能是由式確定。（15）。 在本研究中使用，在整個范圍內(nèi)的水的質(zhì)量流量和氣團的流速，熱容量率，水（MCP）w是一般高于空氣（MCP）。因此，熱水的容積率是最低的容量率（MCP）式中的最小值。 （15）?？梢郧宄乜吹剑S這個數(shù)字的有效性降低，而增加空氣側(cè)雷諾數(shù)。在一個給定的空氣側(cè)的雷諾數(shù)，較高的進水溫度，水的質(zhì)量和較高的流速往往導(dǎo)致有效性增加。然而，可以注意到，在一個特定的空氣側(cè)雷諾數(shù)值，有效性的差異變得相對入口的水的溫度較之升高。5 結(jié)論本文介紹了一種新型的熱傳遞換熱器，即一個螺旋翅片管換熱器。熱交換器由四個螺旋盤繞翅片銅管，每一個有七個回合。鋁周圍的銅螺旋卷曲翅片放置管中。相對的有關(guān)的實驗條件，給出如下結(jié)論： 管側(cè)空氣質(zhì)量流率沒有影響傳熱系數(shù)。 入口水溫和水的質(zhì)量流率顯示出的效果，如輸出側(cè)傳熱系數(shù)。 科爾伯恩j數(shù)和效益是成反比，與空氣側(cè)雷諾數(shù)成比例，而是水的質(zhì)量流量和進水溫度成正比的。致謝作者 我想表達自己的感謝，為泰國研究基金會（TRF）提供財務(wù)支持這項研究。作者希望Jittaphoom先生Inphiban他們協(xié)助Panaphot Youngsuk先生在此工作。參考文獻 1. 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ASME J Heat Transf 119:109117長江大學畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學院（系） 機械工程學院 專業(yè)過程裝備與控制工程 班級 裝備10901 學生姓名 李遠江 指導(dǎo)教師/職稱 張慢來 1 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：螺旋板式換熱器的設(shè)計2畢業(yè)設(shè)計（論文）起止時間：2013 年3月20日2013年6月13日3畢業(yè)設(shè)計(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）畢業(yè)設(shè)計所需資料：（1）錢頌文.換熱器設(shè)計手冊M.北京：化學工業(yè)出版社，2002（2）史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計M.南京：東南大學出版社，1989（3）潘國昌,郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計M.北京：清華大學出版社，1996（4）尾花英朗著,徐忠權(quán)譯.熱交換器設(shè)計手冊M.北京：石油工業(yè)出版社,1982 原始數(shù)據(jù)：設(shè)計要求：換熱器換熱面積為20平方米;介質(zhì)溫度()工作壓力（MPa）粗苯貧油進口180出口1651富油90140粗苯產(chǎn)量8.25噸/每天4畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設(shè)計3）換熱計算4）結(jié)構(gòu)設(shè)計5）換熱性能預(yù)測及分析6）殼體的有限元分析5畢業(yè)設(shè)計(論文)的目標及具體要求畢業(yè)設(shè)計文說明書：字數(shù)不少于1.2萬字或1.2萬字篇幅的內(nèi)容；翻譯：與研究課題有關(guān)的譯文不少于3千漢字（或2萬印刷字符的外文原文的翻譯）；閱讀與研究課題相關(guān)的有代表性的參考文獻資料15篇以上。繪圖要求：（1）總裝圖1張， （2）零件圖4張（3）實體圖6、完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所需的條件及上機時數(shù)要求 AutoCAD、Aspen Plus、Ansys上機200小時。任務(wù)書批準日期 2011 年 3 月 20 日教研室(系)主任(簽字) 任務(wù)書下達日期 2011年 3 月 28 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 年 月 日 學生（簽名） III長江大學畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 名 稱 螺旋換熱器的設(shè)計 院 （系） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 過程裝備與控制工程10901班 學 生 姓 名 李遠江 指 導(dǎo) 教 師 張慢來 輔 導(dǎo) 教 師 開題報告日期 2011年4月19日 17螺旋換熱器的設(shè)計學生：李遠江 長江大學機械工程學院（過程裝備與控制工程） 指導(dǎo)老師：張慢來 長江大學機械工程學院1 題目來源題目來源于生產(chǎn)實際。2 研究目的和意義管殼式換熱器是石油、化工、輕工、食品、冶金及動力等工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的節(jié)能設(shè)備。相對水- 水管殼式換熱器而言，一般殼程流體流速較低，換熱熱阻較大，因此增強殼程換熱效果顯得尤為重要。近年來，人們采用各種各樣的管束支撐結(jié)構(gòu)來改變殼程流體的流動形態(tài)，以求增強殼程換熱。其中螺旋折流板支撐結(jié)構(gòu)以其高效傳熱、低流阻的特點得到了人們的廣泛關(guān)注。螺旋流換熱器是一種利用流體的渦旋流動來強化殼程傳熱的換熱設(shè)備。渦旋流動是流體沿一定螺旋角方向的曲線運動，因而是一種以較少能量克服流動阻力的運動方式，在換熱器中采用螺旋折流板結(jié)構(gòu)時，可使殼程流場與溫度場實現(xiàn)協(xié)同而獲得較高的強化傳熱效果。換熱設(shè)備按照其功能可命名，如冷凝器、蒸發(fā)器、再熱器、過熱器等，按換熱部件的特點可分為：管殼式換熱器、翅片管式換熱器、板式換熱器（包括板片式換熱器和板翅式換熱器）。對于各型換熱器的強化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對各部件的參數(shù)優(yōu)化研究兩方面，而對換熱器部件參數(shù)的主要研究對象就是換熱管（板）排列方式（順排或叉排）、換熱管（板）排數(shù)、換熱管（板）間距大小、肋片布置間距、肋片形狀等。通常的研究方法包括：數(shù)值模擬計算、實驗方法研究、理論研究三類 本文通過設(shè)計一種合理結(jié)構(gòu)的螺旋換熱器，可以大大提高換熱效率，節(jié)省能耗，因此，具有明顯的經(jīng)濟效益。是一種高效的換熱元件，廣泛應(yīng)用于各種換熱設(shè)備中，不僅可以強化傳熱，而且可以減少流動阻力，熱效率比較高。3 閱讀的主要參考文獻及資料名稱【1】郭丙然最優(yōu)化技術(shù)在電廠熱力工程中的應(yīng)用M北京：水利電力出版社，1986【2】馬重芳，顧維藻& 強化傳熱M( 北京科學出版社)【3】張敏.唐曉初螺旋扭曲橢圓扁管的數(shù)值模擬期刊論文-制冷空調(diào)與電力機械 2011(1)【4】金曉明.高磊.張瑩瑩.王娜.王旭光無折流板扭曲扁管熱交換器傳熱與流阻特性試驗研究期刊論文-石油化工設(shè)備 2011(1)【5】鮑偉.馬虎根.張希忠流體在螺旋管內(nèi)對流換熱和壓降性能的數(shù)值模擬期刊論文-上海理工大學學報 2011(1)【6】于洋.朱冬生.曾力丁.鄒靜扭曲管強化傳熱性能實驗研究期刊論文-化學工程 2011(2)【7】楊勝.張頌.張莉.徐宏螺旋扁管強化傳熱技術(shù)研究進展期刊論文-冶金能源 2010(3)【8】劉慶亮.朱冬生.楊蕾螺旋扭曲扁管換熱器的研究進展與工業(yè)應(yīng)用期刊論文-流體機械 2010(3)【9】馬程華扭曲片管強化傳熱技術(shù)在SRT-型裂解爐上的應(yīng)用試驗期刊論文-中外能源 2010(10)【10】楊勝.張莉.徐宏.趙力偉螺旋扁管管外蒸汽冷凝雙側(cè)強化傳熱試驗研究期刊論文-低溫與超導(dǎo) 2010(10)【11】羅朝陽管殼式換熱器強化傳熱技術(shù)的研究與進展期刊論文-化學工程與裝備 2010(10)【12】金弋螺旋隔板換熱器研究進展期刊論文-化肥設(shè)計 2009(2)【13】李安軍.邢桂菊.周麗雯換熱器強化傳熱技術(shù)的研究進展期刊論文-冶金能源 2008(1)【13】劉敏珊.宮本希.董其伍.Dong Qiwu 螺旋扁管的換熱性能研究期刊論文-石油機械 2008(2)【14】劉乾.劉陽子管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)綜述期刊論文-化工設(shè)備與管道 2008(5)【13】高學農(nóng).鄒華春.王端陽.陸應(yīng)生高扭曲比螺旋扁管的管內(nèi)傳熱及流阻性能期刊論文-華南理工大學學報（自然科學版） 2008(11)【14】李安軍.邢桂菊.周麗雯換熱器各種管束支撐的結(jié)構(gòu)與傳熱性能期刊論文-化工設(shè)備與管道 2008(2)【15】卿德藩.鄒家柱螺旋扁管在油冷卻器中的污垢特性實驗研究期刊論文-電站系統(tǒng)工程 2008(2)【16】卿德藩.段小林.劉尹紅扭曲扁管在蒸發(fā)器中的運行特性實驗研究期刊論文-化學工程 2008(7)【17】高鵬.王晨.桑芝富螺旋扁管換熱器溫度串級模糊控制試驗研究期刊論文-石油機械 2008(11)【18】卿德藩.鄒家柱螺旋扁管冷凝器強化傳熱評價與應(yīng)用期刊論文-流體機械 2007(1) 【19】lncropera and de Witt, Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley ed., (1990).【20】J. 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Korotaev，AuthorsCertificateNo.370444,Otkrytiya,Izobreteniya,Promyshiennye Obraztsy,Tovarnye Znaki, No. 11 (2006).4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢4.1 國內(nèi)換熱器研究現(xiàn)狀我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成了系列。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽機裝置中的航天火箭上的冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。他的主要功能是保證工藝過程對戒指所要求的待定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器即可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器等，也可是工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換熱的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。4.2 國外研究現(xiàn)狀美國傳熱研究（HeatTransferResearchInc.）即HTRI，是1962年發(fā)起組建的一個國際性、非贏利的合作研究機構(gòu)，會員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計的豐富經(jīng)驗，在傳熱機理、兩相流、振動、污垢、模擬及測試技術(shù)方面作出了巨大貢獻。近年來，該公司在計算機應(yīng)用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計軟件計算精度準確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟性能。目前國內(nèi)有近20家成為HTRI會員。 英國傳熱及流體服務(wù)中心（HeatTransferandFluidFlowService）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國原子能管理局。該中心有會員數(shù)百家，長期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大特點是與各大學和企業(yè)合作，進行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計算上更精確，開發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機計算軟件備受歡迎，國內(nèi)有30多家企業(yè)成為會員。4.3 發(fā)展趨勢在二十世紀初，對于管殼式換熱器的開發(fā)設(shè)計就被科學家提出，當時對于這種新型的換熱設(shè)備開發(fā)設(shè)計的目的是為了滿足大型電廠對在較高壓力操作環(huán)境下運行的需要。經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展，對于管殼式換熱器設(shè)計生產(chǎn)制造已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，其已經(jīng)擁有比較完善的設(shè)計和生產(chǎn)加工方法，同時其工作性能可以較好地滿足各種工藝需要。其中Bell-Delaware設(shè)計和Tinker的流路分析法是工藝設(shè)計領(lǐng)域地位最高的兩種方法。但是，隨著高科技手段在換熱設(shè)備之中不斷引入，對于換熱器在特殊環(huán)境下的適應(yīng)性的要求越來越高，而且對于設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求越來越苛刻，但是管殼式換熱器所具備的優(yōu)勢越趨明顯，因為其本身的設(shè)計初衷就是為了滿足在這些苛刻的工作條件。換熱器是化工、石油、能源等各工業(yè)中應(yīng)用相當廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計,在現(xiàn)代化學工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%,在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40%左右,海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。對國外換熱器市場的調(diào)查表明,雖然各種板式換熱器的競爭力在上升,但管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位約64%。新型換熱元件與高效換熱器開發(fā)研究的結(jié)果表明,列管式換熱器已進入一個新的研究時期,無論是換熱器傳熱管件,還是殼程的折流結(jié)構(gòu)都比傳統(tǒng)的管殼式換熱器有了較大的改變,其流體力學性能、換熱效率、抗振與防垢效果從理論研究到結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面也均有了新的進步。5 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路5.1 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設(shè)計3）換熱計算4）結(jié)構(gòu)設(shè)計5）換熱性能預(yù)測及分析6）殼體的有限元分析5.2 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)知的研究方向5.2.1 旋風除塵器的優(yōu)點換熱器傳熱與流體流動計算的準確性，取決于物性模擬的準確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來源于實驗室實際工況的模擬，這恰恰是與實際工況差別的體現(xiàn)。實驗室模擬實際工況很復(fù)雜，準確性主要體現(xiàn)與實際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復(fù)雜。為此，要求物性模擬在實驗手段上更加先進，測試的準確率更高。從而使換熱器計算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表換熱器的經(jīng)濟技術(shù)水平。5.2.2 分析設(shè)計的研究分析設(shè)計是近代發(fā)展的一門新興學科，美國ANSYS軟件技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先技術(shù)，通過分析設(shè)計可以得到流體的流動分布場，也可以將溫度場模擬出來，這無疑給流路分析法技術(shù)帶來發(fā)展，同時也給常規(guī)強度計算帶來更準確、更便捷的手段。在超常規(guī)強度計算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結(jié)果能更方便、快捷、準確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計算機應(yīng)用的發(fā)展，將帶來技術(shù)水平的飛躍。將會逐步取代強度試驗，擺脫實驗室繁重的勞動強度。5.2.3 大型化及能耗研究換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過5m，傳熱面積將達到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來越受歡迎。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷器將得到發(fā)展，振動損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠的換熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量輕發(fā)展。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50以下。5.2.4 強化技術(shù)研究各種新型、高效換熱器逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場動力效應(yīng)強化傳熱技術(shù)、添加物強化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場動力傳熱技術(shù)將會在新的世紀得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器、微尺度換熱器、微通道換熱器、流化床換熱器、新能源換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其它領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。5.2.5 新材料研究材料將朝著強度高、制造工藝簡單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價格的下降，鈦、鉭、鋯等稀有金屬使用量將擴大，CrMo鋼材料將實現(xiàn)不預(yù)熱和后熱的方向發(fā)展。5.2.6 控制結(jié)垢及腐蝕的研究國內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀6070年代從國外照搬而來。四十年來，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會受到國家的重視和投入。通過對污垢形成的機理、生長速度、影響因素的研究，預(yù)測污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對傳熱效率的提高將帶來重大的突破。保證裝置低能耗、長周期運行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。腐蝕技術(shù)的研究將會有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學防腐技術(shù)成為主導(dǎo)。6 完成畢業(yè)設(shè)計所必備的工作條件及解決辦法6.1 完成畢業(yè)設(shè)計所需的工作條件復(fù)習大學四年所學的有關(guān)力學和過程裝備及計算機等專業(yè)知識，學習有關(guān)換熱器及其各個零件的加工、制造和裝配知識，結(jié)合三次生產(chǎn)實習及實踐和市場考察，充分了解與換熱器有關(guān)的設(shè)計知識，通過科學的組織調(diào)研，計算分析，設(shè)計，繪圖，從而把方案設(shè)想轉(zhuǎn)化為設(shè)計思路及方法，可以加工為產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。6.2 工具書與計算機輔助設(shè)計軟件化工設(shè)計手冊和化工漢英詞典、AutoCAD2007 Solidworks ANSYS 等等計算機輔助軟件。7 工作的主要階段、進度，與時間安排第一周 3月15-21日 選題，定畢業(yè)設(shè)計第二周 3月22-28日 查找資料，外文翻譯第三周 4月1-18日 寫開題報告第四周 4月19-26日 撰寫開題報告找老師修改第五周 4月27-30日 螺旋換熱器的設(shè)計第六周 5月1-6日 螺旋換熱器的設(shè)計第七周 5月7-14日 螺旋換熱器的設(shè)計第八周 5月15-20日 學習相關(guān)軟件第九周 5月21-25日 做出設(shè)計方案第十周 5月26-30日 繪制零件圖與裝備圖第十一周 6月1-5日 撰寫畢業(yè)論文并修改第十二周 寫畢業(yè)論文及修改審查8 指導(dǎo)老師審查意見 長江大學畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評審意見學生姓名李遠江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋板式換熱器的設(shè)計指導(dǎo)教師張慢來職 稱評審日期評審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學生的學習態(tài)度和組織紀律，學生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。評審意見：指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學畢業(yè)設(shè)計評閱教師評語學生姓名李遠江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋換熱器的設(shè)計評閱教師職 稱評閱日期評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。評語：評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學畢業(yè)設(shè)計答辯記錄及成績評定學生姓名李遠江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋換熱器的設(shè)計答辯時間 年 月 日 時答辯地點一、答辯小組組成答辯小組組長：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學生回答情況評判三、答辯小組對學生答辯成績的評定（百分制）：_分 畢業(yè)論文(設(shè)計)最終成績評定(依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計)評分的相關(guān)規(guī)定)等級(五級制)：_答辯小組組長(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會主任(簽名)： 院(系)(蓋章)螺旋板式換熱器的設(shè)計摘要學生：李遠江，機械工程學院（過程裝備與控制工程） 指導(dǎo)教師：張慢來，機械工程學院摘要 螺旋板式換熱器是一種低壓將換熱器，雖然螺旋板式換熱器在國內(nèi)的應(yīng)用越來越多，但很多工藝計算往往以來外國公司，主要原因是實驗數(shù)據(jù)少，不足以歸納出螺旋繞流流動和傳熱關(guān)聯(lián)式。本論文針對螺旋板式換熱器，采用計算與數(shù)值模擬的方法研究其殼程流體的換熱性能和流動阻力，提出螺旋流流動傳熱系數(shù)及阻力關(guān)聯(lián)式，豐富流體流動和傳熱理論，并為螺旋板式換熱器的工程設(shè)計和應(yīng)用提供參考。在計算方面，設(shè)計了不同進出口液體的溫度，得到了熱液體在定性溫度下，熱貧油與熱富油的物理參數(shù)，做了傳熱工藝等計算。為了改善外殼與螺旋板的連接結(jié)構(gòu)，提高外殼的承壓能力，設(shè)計了由兩圈環(huán)組合焊接而成的圓筒作為螺旋板式換熱器的外殼，又通過合理的焊接，有效避免了角焊接的存在，提高了可拆式螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)可靠性。在數(shù)值模擬部分，利用CFD軟件，分析了圓形、橢圓形、方形和棱形定距柱螺旋通道的傳熱及流動特性，并將其綜合性能進行了比較。數(shù)值模擬結(jié)果表明：1）三角形排列沿長軸繞流時的橢圓形定距柱螺旋通道的綜合性能高于圓形定距柱螺旋通道的綜合性能，當a/b=2.02.5時，橢圓形定距柱螺旋通道的綜合性能指數(shù)最高；2）對于沿長軸繞流時的橢圓形定距柱，三角形排列時的綜合性能高于正方形排列時的綜合性能；3）沿長軸繞流時的綜合性能高于沿短軸繞流時的性能；4）在同樣的排列方式，方形和棱行螺旋通道的綜合性能均不如圓形定距柱螺旋通道的綜合性能。綜合計算結(jié)果和數(shù)據(jù)模擬結(jié)果，橢圓形定距柱螺旋板式換熱器的綜合性能優(yōu)于圓形距柱的綜合性能，在a/b=2.02.5時綜合性能最優(yōu)。關(guān)鍵詞 螺旋板式換熱器 強化傳熱 定距柱 壓力降 數(shù)值模擬The design summary of the Spiral plate heat exchangeAbstract Spiral plate heat exchanger is a low pressure heat exchangers,although more and more spiral plate heat exchangers are being applicated in the country,but many technology are relying on the computing technology,the main reason is that the experimental datas are so less ,which can not enough to sum up the flount of the spiral arounding flow .In In this thesis, the main purpose is to research spiral plate heat exchangers, wei use computational methods and numerical simulations to study the shell-side fluid flow resistance and heat transfer performance ,of which proposed helical flow resistance of flow and heat transfer coefficient and the relational, rich fluid flow and heat transfer theory, and spiral plate heat exchanger for the engineering design and application of reference. In computing terms, the design temperature of the liquid of different export obtained qualitative temperature hot liquid, hot lean physical and thermal parameters of the oil-rich, so the heat transfer process and other computing. In order to improve the connection between the shell and the spiral plate structure, improve the ability of the pressure shell, designed by the combination of two laps ring welded cylinders as spiral plate heat exchanger shell, but also through reasonable welding, effectively avoiding the fillet weld presence, improved detachable spiral plate heat exchanger structure reliability. In the part of computer calculation ,it is carried out by virtue of computatonal Fliud Dynamics (CFD) SOFTWARE.An investigation has been performed to analyze the heat transfer characteristics and flow behavioas in the spiral channel with staggered concleded as major axis with triabgle arrangement is higher than of circular pin fins and the overrall number k of a/b=2.02.5 elliptic pin fins of circular pin fin and the triangle arrangement is higher than that of square arrangement ;c)overall capability of the spiral channel with ellipitic pin fins of the spiral channel with cube-shaped and diamond-shaped pin fins is lower than that of circular pin fins with the same arrangement way . As a result ,overall capability of heat transfer and flow of the speral plate heat exchjanger with elliptic pin fins superior to that of circular pin fins,and the overall capability number k of a/b=2.02.5 ellipitic pin fins spiral channel is the highest.Key Words spiral plate heat exchanger , heat transfer enhancement , pin fins ,dropping pressure the simulationcal numercal