①计算两流体的定性温度,在此温度下查取流体的有关物性参数,如密度、粘度、比热容、导热系数等。
②根据生产换热任务计算热负荷。
③计算对数平均温度差,并根据温差校正系数不应小于0.8的原则决定壳程数。
④根据总传热系数K值的经验数值范围,初步选定总传热系数K值。
⑤根据总传热速率方程,由初选的K值,计算出传热面积,由此在换热器系列标准中初步选出合适的设备型号。
⑥计算管程、壳程压力降。根据初选的换热器型号,计算两流体的流速和压力降,检查计算结果是否合理或是否满足工艺要求。若压力降不符合要求,则要调整流速,再确定管程数或折流板间距,或另选一种规格的换热器.再重新计算压力降,直至满足要求为止。
⑦核算总传热系数。分别计算管程、壳程的对流传热系数,确定污垢热阻,计算总传热系数,并与开始初选的总传热系数进行比较。如果相差较多,则应再次设定总传热系数,重复以上讨算步骤,直至接近为止。
⑧计算传热画积。根据核算后的K值与总传热速率方程,求出完成换热任务所需要的换热器面积A,再与所选换热器的实际面积A’进行比较,一般A’/A=1.15—1.25,以留一定的裕量。
2.列管式换热器的计算
传热速率方程式
式中Q——传热速率(热负荷),W:
K——总传热系数, ;
S——与K值对应的传热而积,m2;
——平均湿度差,℃。
(1)传热速率(热负荷)Q
①传热的冷热流体均没有相变化,且忽略热损失,则
Q=
式中W——流体的质量流量,kg/h或kg/s;
cp——流体的平均定压比热容,kJ/(kg·℃):
T———热流体的温度,℃;
t——冷流体的温度,℃:
下标h和c分别表示热流体和冷流体,下标1和2分别表示换热器的进口和出口。
②流体有相变化,如饱和蒸汽冷凝,且冷凝液在饱和温度下排出,则
Q=
式中W——饱和蒸汽的冷凝速率,kg/h或kg/s;
r——饱和蒸汽的气化热kJ/kg。
(2)平均温度差△tm
①恒温传热时的平均温度差
②变温传热时的平均温度差
逆流和并流
式中△t1,△t2——分别为换热器两端热、冷流体的温差,℃。
错流和折流
式中△t’——按逆流计算的平均温差,℃;
——温差校正系数,无量钢, 。
温差校正系数 根据比值P和R,通过查图所得。该值实际上表示特定流功形式在给定
0.8,
工况下接近逆流的程度。在设计中,除非出于必须降低壁温的目的,否则总要求如果达不到上述要求,则应改选其他流动形式。
(3)总传热系数K(以外表面积为基准)
K =
式中K——总传热系数, ;
αi,αo——传热管内、外侧流体的对流体传热系数, ;
Rsi,Rso——传热管内、外侧表面上的污垢热阻, ;
di,do,dm——传热管内径、外径及平均直径,m;
λ——传热管壁导热系数, ;
b——传热管壁厚,m。
(4)对流传热系数
流体的不同流动状念下的对流传热系数的关联式不同。
(5)污垢热阻
在设计换热器时,必须采用正确的污垢系数.否则热交换器的设计误差很大。因此污垢系数是换热器设计中非常重要的参数。
3.流体流动阻力计算主要公式 (1)管程压力降
多管程列管换热器,管程压力降∑△Pi;
∑△Pi=(△P1+△P2)Ft Ns Np
式中△P1——直管中因摩擦阻力引起的压力降,Pa;
△P2——回弯管中因摩擦阻力引起的压力降,Pa;可由经验公式△P2=3( )估算;
Ft——结垢校正系数,无因次,Φ25x2.5mm的换热管取1.4;Φ19x2mm的换热管取1.5;
Ns——串联的壳程数;
Np——管程数。
(2)壳程压力降
① 壳程无折流挡板 壳程压力降技流体沿直管流动的压力降计算,以壳方的当量直径d代替直苛内径d。
② 壳秤仑折流挡板 计算方法有Bell法、Kern法、Esso法等。Bell法汁算结果与实际数据一致性较好,但计算比较麻烦,而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用Esso法,该法计算公式如下:
∑△Pi=(△P1’+△P2’)Ft Ns
式中△P1’——流体横过管束的压力降,Pa;