管壳式换热器设计 课程设计(4)

在此，换热器设计中，折流板形式选弓形。

弓形折流板的缺口和板间距的大小是影响传热效果和压降的两个重要因素。弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速接近，缺口大小是按切去的弓形弦高占壳体内径百分数确定的。缺口弦高一般为壳体内径的20%～45%。

为了防振并能够承受拆换管子时的扭拉作用，折流板须有一定厚度，该值在GB-1999中具体规定见表4-4

表4-4 折流板和支持板的最小厚度 ㎜

公称直径 换热管无支撑跨距 ≤300 折流板或支撑板最小厚度 <400 400～≤700 3 4 4 5 5 6 >300～600 >600～900 DN折流板厚度取6㎜。

折流板的材料应比管子软，较硬会磨损管子，导致管子破裂。若材料过软，则使管子磨损折流板，将相邻管子间部分磨损，形成穿有数根管子的大孔，使这些管子失去了这一位置的折流板支撑，引起自振频率降低，从而使管子易振进而损坏。故此，材料取用14Cr1MoR。 折流板缺口弦高度：

由折流板缺口弦高度和壳体内径可以计算出折流板的圆心角：折六班圆心角=120度。

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h?0.25Ds?0.25?0.5?0.125m （27）

表4-5 折流板间距 /mm

公称直径 ≤500 管长 ≤3000 4500～6000 600～800 1500～6000 100 — 150 200 300 450 600 200 折流板间距 300 450 600 折流板间距取：ls?0.25m。 折流板数目： Nb?式中Nb表示折流板数目。

折流板上的管孔数为112个，由国家标准可知，折流板上管孔直径dH=0.0254m，折流板直径Db=0.4955m。由管子排布图可知：通过折流板上的管子数为99根，这流管缺口处管子数为18根。

弓形折流板的缺口高度应保证流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通面积接近，以免因流动速度变化引起压降。当选好壳程流体流速后，就可以确定保证流速所需的流通截面积。

由上面的计算出的已知结果可以由下面的方程式求得折流板的缺口面积：

l6?1??1?23块ls0.25 （28）

Ds2Awg?4 ?12h????（1?)sin??2D2s??

?0.03361m20.52?12?2?0.125???????(1?sin?4?230.53? （29）

式中Awg表示折流板缺口面积；Ds表示壳体外径；θ表示折流板圆心角。 错流区内管数占总管数的百分数：

Fc?1?{??2(

Ds?2hD?2hD?2h)sin[arccos(s)]?2arccos(s)}DLDLDL

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?1?{??2(0.5?2?0.1250.5?2?0.1250.5?2?0.125)sin[arccos()]?2arccos()}0.3470.3470.347

?0.764553 （30）

式中Fc表示错流区内管数占总管数的百分比；Ds表示壳体外径；DL表示壳体内径；h表示缺口弦高度。 缺口处管子所占面积： Awt??d028nt?1?Fc????0.0228?104??1?0.764553??0.00681891 （31）

式中d0表示传热管外径；nt表示传热管的总管子根数；Fc表示错流区内管数占总管数的百分数。

流体在缺口处流通面积：

Ab?Awg?Awt?0.0312?0.00681891?0.024389m2 （32）

式中Ab表示流体在缺口处流通面积；Awg表示折流板缺口面积；Awt表示缺口处管子所占面积。

流体在两折流板间错流流通截面积：

Ac?ls[Ds?DL?DL?d0?s?d0?]s

?0.2?[0.5?0.347?

0.347?0.025??0.032?0.025?]0.032?0.043567m2 (33)

式中Ac表示两折流板间错流流通截面积；Ds表示壳体内径；DL表示管束外圆直径；d0表示传热管外径；s表示管中心距。 壳程流通截面积：

As?Ab?Ac?0.024389?0.043567?0.032597m2

（34）

式中As表示壳程流通面积；Ab表示流体在缺口处流通面积；Ac表示流体在两折流板间错流流通面积。 壳程接管直径：

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D1?4As??4?0.032597??0.203726m （35）

式中D1表示壳程接管直径；As表示壳程流通面积。 将（37）式结果圆整到最接近的标准管径，取?203×6。 由管子布置图，可以知道错流区一排管束：Nc=12根。 每一缺口内的有效错流管排数：

Ncw?0.8

h0.125?0.8??3.608sp0.0277 （36）

式中Ncw表示每一缺口内的有效错流管排数；h表示缺口弦高度；sp表示平行于流向的管距。

在<1-2>管壳式换热器设计中，可使旁通流道数为1，取旁通挡板数为3对。 错流面积中旁流面积所占分数：

Fbp?(Ds?DL?1NElE)ls/Ac2

?0.722?(0.5?0.347?0.5?1?0.044)?0.2/0.043567 （37）

式中Fbp表示错流面积中旁流面积所占分数；Ds表示壳体内径；DL表示管束外圆直径；NE表示旁流通道数；Ac表示流体在两折流板间错流流通截面积。

一块折流板上管子和管孔间泄面积：

Atb??d0?dH?d0??1?1?Fc?nt2

???0.025??0.0254?0.025??0.2??1?0.764553??114 （38）

?0.0031598m2式中Atb表示一块折流板上管子和管孔间泄面积；d0表示传热管外径；dH表示折流板管孔直径；Fc表示错流区内管数占总管数的百分数；nt表示传热管总根数。

折流板外缘与壳体内壁间泄面积：

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Ds?Ds?Db??2h?Asb?[??arccos?1??2?Ds?

?0.5??0.5?0.4955??2?0.1127?[??arccos?1??]20.5?? （39）

?0.0024212m2式中Asb表示折流板外缘与壳体内壁间泄面积；Ds表示壳体外径；Db表示折流板直径；h表示缺口弦高度。

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