第二章 传热工艺计算
（2）使直径较大的外圈螺旋板承受较小的压力，直径较小的内圈螺旋板承受较大的压力，以改善两螺旋板的受力状态。
（3）使螺旋通道不易堵塞，并且便于清洗，这涉及到定距柱(或定距泡)的布置问题。目前定距柱多采用等边三角形排列的方式，因为这种排列比按正方形排列能有效地干扰流体的流动，使其易产生湍流，从而提高传热效率。 2.2.2.2流体流速的选择：
增大流速能提高雷诺数，亦即提高给热系数α值，低从而提高了换热器的总传热系数K值，使所需要的换热面积F减少，还可以减少污垢沉积在螺旋通道中的可能性。由流体力学可知，流体压力降与流速的二次方成正比。因此，增大流速，流体压力降随之增加，所以选择流速时应综合考虑，选择最经济之流速，这往往需要用几种方案进行计算比较方能确定。
提高流速后，如果增大的给热系数对总传热系数K值起着决定性的影响，这时提高流速就有实际意义了。由于螺旋通道一般较长，因此通道越长，沿程阻力也越大，故选择流速时，只要能使流体在通道内形成湍流，这样既能提高流体对流传热效率，也可降低阻力损失，减少动力消耗。
2.2.3确定设计方案和流体的流动型式
通过对以上螺旋板换热器的几种类型的特点的比较和设计中应考虑的问题结合本设计的的流体流动形式，和操作压力分析后：本设计选择Ⅰ型螺旋板换热器来满足工艺上的要求，并使流体呈对流状态。
2.3 传热量的计算
2.3.1传热量Q
流体受到单独加热或冷却而不发生相态变化时，流体所放出或吸入的热量由公式（2-1）计算：
Q1＝W1CP1（T1－T2） （2-1） 式中： Q1—热流体混合气体放出的热量，W
W1—热流体混合气体的质量流量,kg/s CP1—热流体的定压比热容,J/（㎏·℃） T1—热流体的进口温度,℃ T2—热流体的出口温度,℃
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延安大学毕业设计（论文）
已知： 热流体的质量流量：W1＝56825.25kg/h＝15.785kg/s
热流体入口温度:T1＝110℃； 热流体出口温度:T2＝60℃；
确定热流体的物性数据:
热流体的定性温度:对于本设计为低黏度的气体.所以定性温度可取流体进出口温度的平均值.
TA＝（T1+T2）/2＝（110+60）/2＝85℃由已知条件可知热流体水溶液的物理参数: 密度 ρ1＝70kg/ m3
定压比热容 Cp1＝3297 J/（㎏·℃） 热导率 λ1＝0.0279 W/（m·℃） 粘度 μ1＝3.5×10-5 Pa·s 将已知数据代入公式（2-1）得 Q1＝W1CP1（T1－T2）
＝15.785×3297×（110－60）
＝2602157.25W
因为在这里传热过程中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量
所以:
Q放＝Q吸＝Q1＝2602157.25W 2.4螺旋通道与当量直径的计算
2.4.1混合气体（热程）通道：
由查相关参数表知：常压气体速度推荐值为（5~30）m/s 设在本设计中混合气体的流速： u1＝20 m/s 则
混合气体的体积流量: V1＝W1/ρ1 ＝15.785/70＝0.2255 m3/s
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第二章 传热工艺计算
所以通道的截面积为： F1＝V1/ u1＝0.2255/20 ＝0.01128 m2
根据工艺条件一般通道宽度取5~20mm，所以本设计取b1＝10mm
因为： b1＝F1/ H （2-6）
式中 H—螺旋板宽度, m
由公式（2-6）可得： H＝F1/ b1＝0.01128/0.010＝1.13m 所以热程通道的当量直径de1为：
de1＝（2H b1）/（H+ b1） 将已知数据代入（2-7）得：
de1＝（2×1.13×0.010）/（1.13+0.010） ＝0.0198 m
2.5.2冷程（冷却水）通道
由于 Q放＝Q吸＝Q1＝2602157.25W
且 Q吸＝W2Cp2 (t2－t1) 式中:
Q2—冷流体的吸热量, W
W2—冷流体的质量流量, ㎏/S
Cp2—冷流体的定压比热容, J/（㎏·℃） t2—冷流体的出口温度, ℃
t1—冷流体的进口温度, 由已知条件知：
Cp2＝4174 J/（㎏·℃） t2＝39℃
t1＝29℃ 将已知数据代入公式（2-8）得
Q吸＝W2Cp2 (t2－t1)
2-7） 2-8）
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（（延安大学毕业设计（论文）
2602157.25＝W2×4174×(39－29) 得 W2＝62.342kg/s 同理冷流体的质量流量W2为
W2＝ρ2·V2 （2-9） 式中: ρ2—冷流体的密度 ,㎏/m3 V2—冷流体的体积流量 ,m3/s 将已知数据带入公式（2-9）
得 V2 ＝0.0627 m3/s 设水的流速为：
u2＝2 m/s 通道的截面积F2为：
F2＝V2/u2＝0.0627/2＝0.0314 ㎡
通道宽度
b2＝F2/H＝0.0314/1.13＝0.0278m 所以冷程通道的当量直径等于
de2＝（2H b2）/（H+ b2） （2-10） 将已知数据代入公式（2-10）得
de2＝（2×1.13×0.0278）/（1.13+ 0.0278） ＝0.0543m
2.6雷诺数Re和普兰特准数Pr[6]
混合气体（热程）通道雷诺数 Re＝（de1 u1ρ1）/μ1 （2-11）将已知数据代入公式（2-11）得
Re1＝（0.0198×20×70）/1.5×10-5 ＝1848000 混合气体的普兰特准数
Pr1＝（CP1μ1）/?1 （2-12）将已知数据代入公式（2-12）得
Pr1＝（3297×3.5×10-5
）/0.0279
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第二章 传热工艺计算
＝4.14 式中 ：de—通道的当量直径， m μ—流体的粘度，Pa·s u —流体的速度，m/s
ρ—流体的密度，㎏/m3
λ—流体的导热系数，W/（m·℃） 冷程通道的雷诺数Re2由（2-11）得：
Re2＝（de2 u2ρ2）/μ2 （2-13） 将已知数据代入（2-13）可得： Re2＝（0.0543×2×994.3）/0.742×10-3 ＝145527 冷流体的普兰特准数Pr2由（2-12）得：
Pr2＝（Cp2μ2）/?2 （2-14） 将已知数据代入（2-13）可得：
Pr2＝（4174×0.742×10-3）/0.624 ＝4.96
2.7给热系数α的计算
因为构成传热面的螺旋形通道，考虑到螺旋板式换热器的强度和刚度，并使其传热效果较好，通常在螺旋板上安装了一定数目的定距接。由于通道不是直线状而是螺旋形，因此，通道传热系数的计算就要考虑到上述的情况。由于流体在换热器中是对流传热，而对流传热的关键是通道中流体的流动状态，当流体的扰动越激烈时，传热就越好。流体在通道中扰动的激烈程度与流体的流速、物理性能及通道的几何形状有关，这些关系用一个相似准数雷诺数来表示。在圆形截面的直管中，当雷诺准数Re≥10000时，流体为湍流状态，这个数称为临界雷诺数。但对螺旋板式换热器，它的通道为矩形截面，在这种情况下的临界雷诺数是多少呢?从已发表的文献资料来看，对达到湍流时的临界雷诺数的大小有不同的看法。目前来说，很难准确的定出一个达到湍流时的雷诺准数，近年来，我国一些研究单位用DIHn-B09ltor公式计算湍流状态下的传热系数，临界雷诺准数按Re＝6000，其计算结果与试验结果相近似，因此，推荐湍流状态下的临界雷诺数按Re＝6000计算。
计算螺旋板换热器的传热系数的推荐公式是在圆形直管计算公式的基础上，考虑到螺旋矩形通道的影响，用一个含有当量直径de的参数进行修正而得出计算螺旋板式换热
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