船舶柴油机高温淡水冷却器设计任务书.doc

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1、船舶柴油机高温淡水冷却器设计任务书第1章绪论1.1换热器的概述换热器在工业生产过程中，进行着各种不同的热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外，换热器也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。在工业生产中，船舶柴油机的高温淡水冷却器，电厂热力系统中的冷水塔，制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器等都是热交换器的应用实例。在各个生产领域中，要挖掘能源利用的潜力，做好节能减排，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和正确

2、地设计与使用热交换器密不可分，本文的设计正是基于此。1.2换热器的分类换热器按用途可分为预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等;根据流体流动方式可分为顺流式、逆流式、错流式及混流式;根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分三大类:混合式、蓄热式和间壁式。混合式换热器依靠冷、热流体直接接触进行传热，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡是允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗漆与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。蓄热式换热器装固体填充

3、物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等彻成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行:第一阶段，高温气体通过火格子，将热量传给火格子而蓄起来。第二阶段，低温气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当高温气体进入一器时，低温气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换，因此又称表面式换热器。这类换热器的应用最为广泛。间壁式换热器根据

4、换热面的结构形式不同可分为管式换热器、板式换热器以及其他类型换热器。1.3固定管板式换热器简介固定管式换热器是管式换热器的一种，它主要由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成，壳侧流体与管侧流体通过管束壁面进行传热。管束可以采用光管、螺纹管、翅片管及波节管等各种管形式，同时也可采用管插入物等手段强化传热，并在成本较低的情况下获得传热均句，传热系数较大的效果。壳体多为圆筒形，部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热系数，

5、通常在壳体安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热系数大。正方形排列时管外清洗方便，适用于易结垢的流体。图1-1为固定管板式换热器的结构图。图1-1固定管板式换热器1.4设计前换热器的选型以及前期的准备1.4.1换热器的选型固定管板式换热器作为管壳式换热器中应用最广泛的换热器之一，结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格围广，故在工程上广泛应用。故选用固

6、定管板式换热器。1.4.2壳程流体和管程流体的选取由于两程流体均为液态淡水，无毒、没有腐蚀性，不用考虑粘性，对材质没有什么特殊的要求，而且淡水易清洁，其对流传热系数与流速关系较小，同时两程温差、压力相差不大。故综合考虑下安排高温淡水通入壳程以便于被冷却，用于冷却的低温淡水则走管程。1.4.3壳程数与管程数的选择根据初算换热面积和管程流通截面积，选取一台1-2型固定管板式换热器。第2章设计计算的基本公式和设计步骤2.1热计算的基本方程热交换器的热计算主要目的在于找到热负荷和流体的进出口温度、传热系数、传热面积以及这些量之间的关系式

7、，其中常用的基本关系式有两个，即传热方程式和热平衡方程式。2.1.1传热方程式在工程中，常用的传热方程式的基本形式是（2-1）式中：Q—热负荷，W；F—传热面积，m2；∆tm—两种流体之间的平均温度，℃。2.1.2热平衡方程式如果不考虑散至周围环境的热损失，则冷流体所吸收的热量就应该等于热流体所放出的热量。这时的热平衡方程式可写为：（2-2）实际上任何热交换器都有散向周围环境的热损失，这时热平衡方程式就可写成：（2-3）式中：M1、M2—分别为热流体与冷流体的质量流量，kg/s；t1、t2—分别为热流体与冷流体温度，其右上角“’

8、”代表流体的进口状态，“””代表流体的出口状态；η—以放热量为准的对外热损失系数，通常为0.97~0.98。2.1.3平均温差流体在热交换器的流动形式有顺流、逆流、混流和错流等，其中以顺流和逆流最为简单。顺流和逆流情况下的平均温差为：（2-4）计算其他流动方式的