换热器课程设计原理与设计

课程设计课程名称换热器原理与设计课程名称名称105KW壳管式全液体蒸发器学生学院材料与能源学院课热能与动力工程07制冷01学生ID讲师学生姓名2010年7月9日日本广东大学技术课程设计任务书标题名称105KW全液体蒸发器学生大学材料与能源学校课热能与动力工程制冷0701课程名称学生编号全套图纸加3012250582一，课程设计的内容设计冰箱蒸发器充满. 蒸发器冷却能力= 105KW，制冷剂温度: 蒸发温度= 2°C，冷凝温度= 40°C，制冷剂R22. 制冷剂进水温度= 12°C，制冷剂出水温度= 7°C. 2.课程设计的要求和数据1）学生在老师的指导下独立完成设计. 2）换热器的设计应合理，设计计算应正确. 3）图纸要求: 图纸整齐，布局合理，线条细分清晰，符号为国家标准，尺寸规格标准化，计算机为图纸. 4）手册要求: 文字要求: 文字流畅，语言流利，文字整洁，层次清晰，用计算机打印. 格式要求: （1）课程设计封面； （2）任务书； （3）摘要； （4）目录； （5）文字，包括主要设计参数，热计算，传热计算，换热器结构尺寸计算等设计过程的布局和电阻计算；讨论和分析设计的热交换器的整体结构；经验和经验； （6）参考文献三. 课程设计工作1）根据设计计算结果，编写详细的设计规范1 2）绘制一张热交换器的装配图，并拆卸零件图1-2.

第四，课程设计过程基于订单号设计. 内容位置每个阶段的开始和结束日期1.学生分组；布局任务；根据设计任务收集相关的原始材料，并选择热交换器的类型. 指定教室6.28-6.282，用于热交换器设计计算（包括传热计算，结构计算，流阻计算和强度计算等）宿舍6.29-6.303编写设计说明（严格按照课程设计说明的编写说明编写）广东工业大学）-7.44图1换热器装配图;分解图1〜2宿舍7.4-7.75指定教室7.8-7.9 V的设计防御和性能评估. 要收集的材料和主要参考文献[1]吴业正. 制冷原理与设备（第二版）[M]. 西安: 西安交通大学出版社，1998. [2]吴业正. 小型制冷设备设计指南[M]. 北京: 机械工业出版社，1999. [3]史美忠，王中正. 换热器的原理与设计[M]. 南京: 东南大学出版社，2003. [4]于建祖. 换热器的原理与设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2006. [5]杨世明，陶文全. 传热（第四版）[M]. 北京: 高等教育出版社，2006. [6]中华人民共和国管壳式换热器国家标准（GB151-1999）. [7]其他设计材料: 包括各种换热器设计标准，制冷工程设计手册，制冷设备手册，制冷技术等相关材料. 授课日期: 2010年6月28日指导老师签名: 计划完成日期: 2010年7月9日，基层教学单位负责人签字盖章: 院长签字设计: 概述本课程设计旨在设计一个105KW的满溢式蒸发器.

此设计在给定条件下（蒸发器冷却能力= 105KW，制冷剂温度: 蒸发温度= 2℃，冷凝温度= 40℃，过热= 5℃，制冷剂R22；制冷剂进水温度= 12℃，制冷剂水）出口温度= 7℃）计算并设计. 在整个设计过程中，首先执行热计算，然后进行传热计算，然后进行结构计算. 在计算过程中，首先选择热交换管的直径，然后根据制冷剂水的体积流量和所选速度计算出热交换管的数量，然后使用热传递热通量密度和热传递系数进行验证. 通过检查，确定根据设计参数计算出的每个零件的尺寸是否适合给定工作介质的工作温度以及在压力下的应力要求和热交换要求. 通过这种设计计算，可以获得传统的但经济上合理的小型液体填充式制冷蒸发器，减少了由于设计不合理而造成的材料和能源浪费，为制冷行业提供了可行的节能设计方案. [关键词]: 课程设计TOC \ o“ 1-2” \ h \ u 23870 1.设计主题和设计参数1 26273 1.1设计主题1 7077 1.2设计参数1 1280 2.设计计算1 31726 2.1热计算1 22930 2.2传热计算2 9992 2.3流动阻力计算5 17012 3.结构计算5 32760 3.1换热管布局设计5 1665 3.2外壳设计计算6 10837 3.3验证换热管和管板结构的合理性6 31354 3.4零件结构尺寸的设计6 18499 4.设计经验11 31903 5.参考12 PAGE121. 设计标题和设计参数1.1设计标题: 105KW全液体蒸发器1.2设计参数: 更换蒸发器给定制冷剂热量Q0 = 105KW: R22蒸发温度: t0 = 2℃ ，冷凝温度tk = 40℃，过热冷却水的进出口温度: 入口，出口.

2. 设计计算2.1热计算2.1.1制冷剂流量根据数据[1]，制冷剂lgp-h图如图2-1所示，其相关参数如下: 图2-1 R22 lgP-h制冷剂流量: 2.1.2制冷剂水流量水的定性温度=（12 + 7）/2℃=9.5℃壳管式蒸发器工作原理，根据附录2的数据[2]，求得水的物理性质参数， ρ= 999.71kg / m3，= 4.192KJ /（Kg·K），水的体积流量为: 2.2传热计算2.2.1管的选择为了提高制冷剂侧的对流传热系数，外部使用带螺纹的管子，并且可以使用较小的管子直径来获得热传递增强也可以缩短管子的长度. 根据数据[3] p71换热管可以选择1号低翅片管，规格为φ16×1.5壳管式蒸发器工作原理，如图所示: 每米长管的管子的外表面积，螺纹管增强系数，铜管的导热系数图2-2外螺纹管的2.2.2结垢热阻的确定根据数据[1] P198表9-1，管2中的结垢系数. 管道中的外部污垢系数2.2.3管道中的传热系数计算制冷剂水的定性温度，并检查物理性质: 管道过程为2个过程，每个过程中的管道数为: . 当Z = 32时，制冷剂水的实际流量为: 因此，选择的流量可使制冷剂水产生湍流. 根据数据[2] P246 Dirichlet公式: 管的内部传热系数为: 2.2.4使用逆流法计算外部传热系数，外部传热系数为平均传热积分温差（流体温度分布图2- 3）: 对于过热段，热平衡方程为: 因此，蒸发段的平均温差为: 过热段的平均温差为: 图2-3温度分布图2-3温度分布2.2.5传热系数的计算传热过程分为两部分: 第一部分是通过制冷剂的热量的传热过程，传热的温度差为: 第二部分是热量通过管道外的污垢层，管壁，管道内的污垢层和制冷剂水的传热过程.

第一部分的热通量密度为: 第二部分的热通量密度为（参考[1] P199）: 通过迭代方法估算的值（有关某些值，请参见表2-1），确定热通量密度4.04.094.09134.145714497449644884145449044964530表2 -1由此得出: 传热系数为: 2.2.6传热面积和管长确定管的有效长度，管长为2.7m 2.3流阻计算相对于数据[1] p232（9-71），沿着水的阻力系数是制冷剂水的总流阻: 符合数据[4] p68表2.10允许的压降，设计合理. 3.结构计算3.1换热管的布局设计选择<1-2>型固定管板结构，Z = 32，结合等边三角形和正方形布置，检查数据[4] P45表2.3，换热管的中心距离s = 22mm，分程分隔槽两侧相邻管之间的中心距离，换热管在管板上的分布如图3-1所示: 圆圈外部换热管中心直径如图3-1管道图图3-1管板布局图3-1管道布局图3-1管道布局图3.2外壳设计计算可从上图获得，检查数据[5]，确定壳体的外径为: 根据数据[6] P21表8可以选择壳体的壁厚为: 因此，壳体的内径为: 壳体材料: 碳钢管3.3检查结构的合理性换热管和管板换热管束的外缘直径受壳体影响. 为了限制内径，应将管束的外缘置于管的有限圆内在设计过程中. 根据数据[6] P25，对于固定管板类型，管的极限直径为: （不小于8mm）. 当时，符合要求.

热交换管的长度与壳体直径的比值: 选择两个过程是合理的. 3.4的结构尺寸设计的结构尺寸设计包括: 管板，端盖，分隔隔板，支撑板，拉杆，连接管，支撑，垫圈和螺栓. 3.4.1管板尺寸设计管板直接焊接到外壳上，并延伸到外壳外部以用作法兰. 管板与传热管的连接方式采用伸缩缝方式. 图3-3管板和圆筒的连接图3-2管板的插图图3-3管板和圆筒的连接图3-2管板根据数据[3] P73表3-8管的最小厚度找到不小于13mm的板，根据数据[6] P111表（6-6），发现与管道连接方式有关的系数为1.15，与管板有关的系数及方法为等于1.0，由经验公式（6-4）获得. 管板厚度: 实际管板厚度是理想的. 取法兰的外径: （其中5.196是焊料的高度，而外壳的末端和管板之间的距离与管的端面之间的距离是焊料的高度）法兰厚度: 直径螺栓所在的圆: 周长: 3.4.2数据[6] P112选择端盖为6mm厚，并使用椭圆形帽. 它的尺寸计算如下: 椭圆的长轴和短轴. 图3-5分层的分离器凹槽r = 130.5mmR = 261mm图3-4端盖图3-5分层的分离器凹槽r = 130.5mmR = 261mm图3-4端盖3.4.3分离式分离器数据[6] p20表6 ，选择分裂隔板的厚度，分裂槽的深度为4mm，如图3-5所示.

3.4.4支撑根据表3-9中的数据[3] p75，确定支撑尺寸L = 240mm，K = 160mm. 3.4.5支撑板和拉杆根据表2.7中的数据[4] P50，将传热管外径拉杆的直径取为4，将数据[5]作为螺距和外螺纹直径. 根据管的长度，根据表2.5，最大无支撑跨度为1100mm，从表2.6开始，支撑板的厚度为10mm，直接焊接到拉杆上并固定. 根据表2.5，此设计的支撑板数为2. 图3-5支撑板和拉杆图3-5支撑板和拉杆3.4.6垫片材料的选择: 石棉，适当加固（石棉橡胶）片）;厚度1.5mm，参数: 垫圈系数，比压，宽度: 根据数据[4] P46，此设计圆筒的内径是可选的，因此垫圈的宽度，垫圈的基本密封宽度以及可以选择垫圈的有效密封宽度，因此垫圈按压力的圆心直径是垫圈接触表面的平均直径，即在预张紧状态下所需的最小压缩力: 在工作状态下需要的最小压缩力: 检查垫片的宽度: 在预张紧状态下垫片要承受最大的螺栓作用. 过度压缩会导致载荷作用失去密封性能. 因此，垫圈必须具有足够的宽度. 垫片的最小厚度是必需的: 其中，常温下的强度指标，安全系数，所以允许的应力，一定的温度在允许的应力下，实际的螺栓面积（请参阅实际螺栓面积的计算），因此最初选择的垫片的厚度符合要求.

3.4.7螺栓和螺栓的布置根据法兰和端盖的厚度，参考[5] P368，选择螺栓GB / T5782 M16×80，其小直径= 13.835mm. 螺栓的最小间距应满足扳手的要求. 操作空间的要求由螺栓的直径和[6]中的表7-3确定. 螺栓的最小间距b. 螺栓的最大间距，即法兰的有效厚度和螺栓的公称直径. 螺栓间距为66mm，因此所需的螺栓总数为16. 螺栓预紧状态下所需的最小负载: 操作状态下所需的最小负载: 螺栓预紧状态下所需的面积: 预紧状态下所需的最小面积: 操作状态下所需的最小面积: 所需螺栓的面积: 螺栓的实际面积: ，符合要求. 螺栓设计载荷预紧状态: 运行状态: 3.4.8连接管制冷剂连接管制冷剂质量流量入口体积流量: 出口体积流量: 入口连接管内径（选择氟利昂液体流量），检查数据[8]表8-1和数据[9]表1取整后，取无缝钢管出口连接的内径（选择蒸汽流量），检查数据[8]表8-1和数据[9]表1，修圆后，取无缝钢管制冷剂水连接管，制冷剂水流量，水流量，制冷剂管内径: 检查数据[8]表8-1和数据[9]表1，之后四，无缝钢管四舍五入. 设计经验: 该换热器的课程设计是对“制冷原理”，“换热器原理和设计”等课程的深入学习，以及对换热器的感官理解.

这一课程设计再次使我意识到了团队的重要作用. 由于所学知识有限以及参考资料的局限性，计算部分在搜索信息上花费了大量精力. 同时，由于数据共享和小组讨论，极大地加快了进度. 在此课程设计中，有必要涉及一些以前学习过的课程，将这些独立的课程链接在一起，并了解热交换器设计计算的一般步骤. 通过搜索信息，我还了解了一些冰箱生产的国家标准和过程标准. 同时，对AutoCAD软件有了更深入的了解. 由于时间限制，设计有些急促，仍然有许多需要改进的地方. 我将逐步提高我将来学习的知识. 5.参考文献[1]吴业正. 制冷原理与设备（第二版）[M]. 西安: 西安交通大学出版社，1998. [2]杨世明，陶文全. 传热（第四版）[M]. 北京: 高等教育出版社，2006. [3]吴业正. 小型制冷机组设计指南[M]. 北京: 机械工业出版社，1999. [4]史美忠，王中正. 换热器原理与设计[M]. 南京: 东南大学出版社，2003. [5]冯开平，左宗义. 描述几何与机械制图[M]. 广州: 华南理工大学出版社，2007 [6]其他设计材料: 包括各种换热设计标准，制冷工程设计手册，制冷设备手册，制冷技术及其他相关材料.

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