日产50T冷却牛奶换热器设计分解 - 图文(5)

其中： 管程流通截面积

3.14?0.02254Ai?????0.00424m24444

管程流体流速以及其雷诺数分别为 ui? Rei?di2N29959.32/(3600?999.4)?1.96m/s

0.00424?diui??0.02?1.96?999.4??32647.1

0.0012普朗特准数

4.189?1.2??8.68 Pr??0.579故管程对流换热系数

Cp?0.5790.80.4??0.02332647.18.68?6454.4 W（/m2?oC） i

0.024.3.1.3 污垢热阻和管壁热阻

查阅《化工原理（上）》P354，附录20，得 牛奶侧的热阻 Rso=0.000172m

2o

C/w C/w

循环水侧的热阻 Rsi=0.00058 m

2?o

钢的导热系数为 λ=45 W/(m·K)=219.5 W/（m·℃） 4.3.1.4 传热系数K

根据《化工原理[2]（上）》P227，公式（4-41）

d0d0bd011??Rsi??Rso?K?ididi?dm?00.0250.0250.0025?0.0251??0.00058???0.000172?6454.4?0.020.02219.5?0.0225802.6

解得K=425.7 W/(m2.OC)

Q2440302S''???20.76m传热面积

K?tm425.7?27.61所

选

用

的

换

热

器

的

实

2

际传热面积

S'??dlN?3.14?0.025?6?54?25.434m

4.3.1.5 传热面积裕度 换热器的面积裕度为

S25.434??1.23 S?16.69S'?S''25.434-20.76H??100%??100%?22.51%

S'20.76传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 4.3.2 壁温核算

因为管壁很薄，而且壁热阻很小。冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为10℃，出口温度为17℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管

Tm壁温。于是有:tw??c1??tm?n1，式中液体的平均温度tm和气体的平均温度分别计

?c算为:

?ntm?0.4×17+0.6×10=12.8℃

Tm?0.5×（76+20）=48℃

?c??i?6454.4

?h??o?844.8

传热管平均壁温为w

t?16.87℃

壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=48℃。壳体壁温和传热管壁温之差为 ?t?48?16.87?31.13℃＜50℃。该温差正好.

4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降）

4.3.3.1 管程流动阻力

根据《化工原理[3]（上）》P284，公式（4-121）得 ∑△pi＝（△p1+△p2）Ft Ns Np 其中：

ΣΔPi———管程总压力降, Pa；

ΔP1 、ΔP2 ———分别为单程直管阻力与局部阻力, Pa；

Ft———污垢校正系数,对于Φ25mm×2.5mm 管子,取Ft = 1.4；对于 Φ19mm×2mm 管子, 取Ft = 1.5；这里取Ft = 1.4； Ns———壳程数，Ns=1；

Np ———管程数， Np=2

其中流体流过直管段由于摩擦所引起的压力降可由下式计算:

l?u2 ?P1??i

d2流体流过回弯管(进、出口阻力忽略不计)因摩擦所引起的压力降可由下式计算: ?P2式中：

λ———摩擦阻力系数;

?3?u22

l———传热管长度, m; di ———传热管内径, m; ui ———管内流速, m/s; ρ———流体密度, kg m3 。

由Rei=32647.1<105，设管壁粗糙度ε=0.1mm，则相对粗糙度ε/di=0.005，查莫狄图得λi=0.03W/m·℃，流速ui=1.0m/s，ρ=999.4

6999.4?1.02?P1?0.03???4497.3Pa

0.022999.4?1.02?1499.1Pa ?P2?3?2总压强降：

??P??4497.3?1499.1??1.4?1?2?16789.92Pa?50kPai 2.5.3.2壳程流动阻力（压强降）

?6????P0???P??P?Fs?Ns 12其中：

??P0———壳程总压力降, Pa ;

?P'1 ———流体流过管束的压力降, Pa; ?P'2 ———流体流过折流板缺口的压力降, Pa;

Fs ———结垢校正系数, 对于液体, Fs = 1.15；对于气体或可凝蒸汽，Fs

= 1.0；这里取Fs = 1.15；

Ns ———壳程数，Ns=1。

其中, 流体流过管束的压力降

?P?Ff0nc?NB?1?，1?u022

流体通过折流板缺口的压力降

2h??u0?,?P2?NB?3.5-?D?2?2