管壳式换热器设计 课程设计(6)

第八章 流动阻力计算

换热器内流动阻力引起的压降，是衡量运行经济效益的一个重要指标。如果压降大，消耗的功率多，就需要配备功率较大的动力设备来补偿因压力降低所消耗的能量。

由流体力学可知，产生流动阻力的原因与影响因素可归纳为：流体具有黏性，流动时存在着内摩擦，是产生流动阻力的根源；固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。所以流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。

换热器中的流动阻力可分为两部分，即流体与壁面间的摩擦阻力；流体在流动过程中，由于方向改变或速度突然改变所产生的局部阻力。

管壳式换热器的管程阻力和壳程阻力必须分别计算，由于阻力单位可表示为压力的单位，故一般用压降ΔP表示。管壳式换热器允许的压降如表2-10所示。

表7-1 管壳式换热器允许的压降范围

换热器的操作压力（Pa） P<105(绝对压力） P=0～105（表压） P>105（表压） 允许的压降（Pa） ΔP=0.1P ΔP=0.5P ΔP<5×104 8.1 管程阻力计算

管壳式换热器管程阻力包括沿程阻力、回弯阻力和进出口连接阻力等三部分组成，因而

?Pt??Pi??Pr??PN （52）

式中ΔPt表示管程总阻力；ΔPi表示沿程阻力；ΔPr表示回弯阻力；ΔPN表示进出

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口连接管阻力。

沿程阻力：

L?2?22?0.14?P?4f????i2w2 idi2

12996.2?12?0.14?4?0.0065????0.00074220.0006533?0.022 ?11431.96323Pa (53)

式中fi表示管内摩擦因子；L表示管程总长；di表示传热管内径；ρ2表示水的密度；ω2表示管程内水流速度；μ2表示冷却水黏度；μw2表示壁温下的水黏度。

回弯阻力：

?Pr?4?2?222

式中ρ2表示水的密度；ω2表示管程内水流速度；Zt表示传热管的总根数。

进出口连接管阻力：

?PN?1.5996.2?12Zt?4??114?3978.8Pa2 （54）

?2?222

996.2?12?1.5??747.15Pa2 （55）

式中ρ2表示水的密度；ω2表示管程内水流速度。

管程总阻力：

?PN?11431.96323?3978.8?747.15?16156.79Pa （56）

8.2 壳程阻力计算

对于相同的雷诺数，壳程摩擦系数大于管程摩擦系数，因为流过管束的流动有加速、方向变化等。但壳程的压降不一定大，因压降与流速、水力直径、折流板数、流体密度等有关，因此在相同的雷诺数时壳程压降有可能壁管程低。

查《热交换器原理与设计》图2.36可知理想管束摩擦系数。 理想管束错流段阻力：

M12Nc?0.14?P?4f????k1w1 bk2Ac2?1

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2.777782?5?0.14?4?0.13?0.00051250.000779??2?0.0465672?758 ?11.8232Pa （57）

式中ΔPbk表示理想管束错流段阻力；fk表示理想管束摩擦系数；M1表示煤油质量流量；Nc表示错流区排管数；Ac表示流体在两折流板间错流流通截面积；ρ1表示煤油的定性密度；μ1表示煤油的定性黏度；μw1表示壁温下的煤油黏度。

理想管束缺口处阻力：

M12?Pwk??2?0.6Ncw?AbAc?1

2.777782??2?0.6?3.2536?0.024389?0.046567?756.32 ?12.4486Pa (58)

式中ΔPwk表示理想管束缺口阻力；M1表示煤油质量流量；Ac表示流体在两折流板间错流流通截面积；Ab表示流体在缺口处流通面积；ρ1表示煤油的定性密度；Ncw表示每一缺口内的有效错流管排数。

上述两项阻力应对折流板泄露造成的影响和旁路所造成的影响以及进出口段折流板间距不同造成的影响分别予以校正，其中：

折流板泄露对阻力影响的校正系数R1可由《热交换器原理与设计》图2.37查得，R1=0.53。旁路校正系数Rb可由《热交换器原理与设计》图2.38查得，Rb=0.63。

进出口段折流板间距不同对阻力影响的校正系数Rs，由于在此换热器设计中折流板的间距相同，所以无需校正。

壳程总阻力：

?Ncw??Ps??N?1?PR?N?PR?2?PR??Rsbwk?1bkb?1???b?bkbNc??

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?3.25???23?1?11.82?0.63?23?12.449?0.53?2?11.82?0.63????1???1??8? ?

式中ΔPs表示壳程总阻力；Nb表示折流板数目；ΔPwk表示理想管束缺口阻力；ΔPbk表示理想管束错流段阻力；R1表示折流板泄露对阻力影响的校正系数；Rb表示旁路校正系数；Ncw表示每一缺口内的有效错流管排数；Nc表示错流区排管数。

由已知条件允许压降不大于100KPa，从表7-1可知设计的管壳式换热器在允许的压降范围。

?238.59909Pa （59）

总结

这次课程设计对培养我们的实际工程能力具有重要意义。通过课程设计，我

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们把先修课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以动用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。这次设计，初步培养了我们对压力容器设计的工作能力；树立正确的设计的思想；掌握一些容器设计有基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下了良好的基础。另外还使我们能训练地应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家标准，为成为一个工程技术人员在培养基本技能。

其次，我从这次设计中得到了以下经验：一、在设计前进行相关知识的系统 学习，包括过程设备的结构特点以及AUTOCAD软件的熟悉；设计时对此设计内容进行学习。二、学习相关基础知识。借鉴以前的实例，对别人的设计多问几个为什么。向指导老师以及工厂的工程师咨询，与同学讨论。三、计算公式必须符合规范的要求，在多种公式中选择更安全、更合理的公式；其次，计算的步骤可以参照以往的计算书或者其它资料，计算的每一步结果都要确保正确；最后，要认真地对计算书进行检查校正。

通过这次设计，使我的各方面的能力得到提高和增强，不仅计算机能力得到提高，还有增强了我的独立思考和创新能力。但是由于水平的有限，在设计过程中一定存在许多疏漏和不够合理之处，恳请老师批评指正。

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