第二节 符号定义
表 3 符号定义和参数说明 Ws Tm 管程工作介质质量流量 管程流体平均温度 平均有效传热温差 管程给热系数 总的传热面积 管壁平均温度 管程回弯压力降 与管束垂直流动的压力降 间隙流动的修正系数 Wi 壳程工作介质质量流量 壳程流体平均温度 传热系数 壳程传热膜系数 温度修正系数 直管沿程阻力引起的压力降 管箱进出口压降 折流板缺口处流动压力 压力降修正系数 tm k ?tm ?i F ao ??t ?pl ?pN ?pw tw ?pr ?pb ?s ? 第三节 热力计算过程
（1） 管程工作介质水流量Ws：
Ws?
Q200?3600??1486.4kg/hcp(Ti-To)4.844(300?200)(3-1)
（2） 冷却空气流量Wi
Wi?Q/cpi(ti?to)?200?3600kJ/h?9946.7kg/h (3-2)
1.034088?(230?150)（3） 流体的平均温度Tm和tm
因给热系数公式要求，要用流体的算术平均温度，分别计算管程和壳程的平均温度
Tm?0.5(Ti?To)?0.5(300?200)?250C tm?0.5(ti?to)?0.5(150?230)?190C
（4） 平均温度下的物性参数
tm?250C时，水的物性数据：
9
?5??10.98?10pa.s 粘度
3??799.0kg/m密度
导热系数 ??0.6176W/(mC) 定压比热容
cp?4.844kJ/(kgC)
Tm?225C时，空气的物性数据： 粘度 ??0.0000264pa.s
3密度 ??5.558263kg/m
导热系数 ??0.03852W/(mC) 定压比热容
cp?1.034088kJ/(kgC)
（5） 平均有效温差?tm：
计算逆流条件下的对数平均温差：
?tm2?(Ti?to)?(to?ti)(300?200)?(230?150)??89.6284C(Ti?to)300?200lnln230?150(To?ti) (3-3)
（6） 决定通入空间，选取管径和管内流速：
为了保证换热器的安全使用，决定水走管内，空气通管间。并选用?20?2.5mm的BsTF4 黄铜管。考虑到主要热阻在管间空气侧，故管内水取较低的流速，wi?5m/s。 （7） 计算传热系数k
1） 管程给热系数?i：
流动在管管内其流动阻力和传热膜系数与流体在管内的流动状态有关，流动状态以雷诺数的大小来区分Re>10000为湍流，Re=2300~10000为过渡流
Re?diwi?0.02?5?799?727680.670.0001098 (3-4)
??由Re?727680.67?10000所以流体在管内的流动为湍流，式（3-5）计算管程给热系数
?diwi?0.8cp?0.4?i?0.023()()di?? (3-5)
?0.0230.61764.844?0.395280.4(727680.67)0.8()0.0200.6176
10
?54640.98W/(m2C)
2） 壳程传热膜系数?o
换热器内装有圆缺形挡板（弓形折流板），通常缺口面积取25%的壳体内截面积，空气的流速为1.5m/s：
Re?diwi?0.025?1.5?5.558263?7895.260.0000264 (3-6)
??由Re=7895.26<10000,所以选用kern法[9]计算壳程传热膜系数?o：其中假设流体流过每根管子中最窄通道的流速为3m/s。
?deuo?0.55cp?1/3?0.14ao?0.36()()()de???w (3-7)
0.038520.020056?3.0?5.5582630.551.034088?0.0000264?36001/3()()
0.0200560.00002640.038520.00002640.14) ?(0.0001098?0.36?139.6891W/(m2C) 3） 传热系数k
由于工作介质都是以蒸汽的形式工作，工作过程中处于相当较干净的环境，所以假设水和空气的绝热污垢系数为：
ri?0.000344m2C/W
ro?0.000172m2C/W
又管壁导热系数查传热学附录2，取?w?145w/m2C。由式（3-8）计算换热器换热系数
ddd111d (3-8) =+ro+w(o)+ri(o)+()okalddad0wmiii o10.00250.0250.02510.025?0.000172?()?0.000344()?()139.6891450.02250.02054640.980.020
?0.007924??（8） 传热面积F
F'?k?128.1592W/m2C
Q200?3600??62.68115m2ko?tm128.1592?89.6284 (3-9)
考虑到10%的面积裕度，则所需传热面积为：
11
F?1.1?F'?1.1?62.68115?69m2
（9） 排管和管程设计
取管心距t?1.28do?1.28?0.025?0.032m，管长为l?4.5m。 1) 管数：
'NT?F69??198?dol??0.025?(4.5?0.06) (3-10)
2) 排管：考虑管内空间分两程，程内按正三角错列排布，程间为矩形排布，具体见换
热器装配图。
3) 实际排管根数为199根，另有12根折流板固定杆位置。
壳体内径Di?520mm 排管直径Di'?473mm
接近中心线管排上的管子数： Nc?15根
圆缺区内的管数：NT,w?36根（其中有2根为折流板固定杆） 折流板上的管孔数：NB?163根（其中有6根为折流板固定杆） 一个错流区域流体所经过的主要收缩次数：N??8 圆缺区内错流的有效收缩次数：Nw?3 旁挡数：N??0（即不设旁挡）
装设切口高度为25%的圆缺形折流板，取板间距h?150mm，则折流板数为： 4.5?0.06N'??1?28.6
0.15实取折流板数N?28块，则靠近两管板端的间距为195mm,其余中间的板间距均为150mm。
（10） 复核传热系数
1) 管程水的给热系数?i
管程的实际水速：
1486.375w??4.306236m/s23600?799?0.2?0.020
ai?a('iw实际w选用)?54640.98（0.4.3062360.8）?48486.49W/(m2C)5
12
2) 壳程油的给热系数?o
由式（3-11）计算壳程的当量直径do：
2Di2?NTdo0.522?199?0.0252d????0.026574mDi?NTdo0.52?199?0.025 (3-11)
由式（3-12）计算流体横过管束时的通流面积F1：
F1?hDi(1?do/t)?0.15?0.52(1?25/32)?0.01477m2 (3-12)
由式（2-129）计算折流板切除高度H：
H?D2isin(?/4)?0.25Di 由此得 sin2(?/4)?0.25
由式（3-14）计算折流板的弦长b：
b?Disin(?/2)?0.52sin60?0.45033321m 由式（3-15）计算弓形面积F?：
F1b(Di/2??2(Di2)2???H)2 0.52?(0.522?0.25?0.52)?0.5(0.522)2?2.0933?2?3
?0.035377m2
由式（3-16）计算横面积与壳体横面积之比?：
??0.907(dot)2?0.907(2532)2?0.5536 由式（3-17）计算圆缺区内的流通面积F2：
F2?F?(1??)?0.035377(1?0.5536)?0.015792m2 由式（3-18）计算几何平均流通面积Fm：
Fm?F1?F2?0.01477?0.015792?0.015272454m2 单位面积的质量流量：
13
(3-13)
(3-14)
(3-15)
(3-16)
(3-17)
(3-18)