9500Nm3h整体式热管预热器的设计毕业论文
2020-06-19 22:19:09
摘 要
本文采用平均温差法来进行热管预热器的设计计算和校核计算。热管的设计主要包括：管壳的设计、工作介质选择、中间密封结构设计、吸滤芯材料选择以及相关的设计计算等。其中热管直径、热管长度、翅片结构参数决定翅片效率和翅化比，对热管换热器的传热和流阻性能影响较大，并涉及换热器的紧凑性、投资和运行费用。本设计采用碳钢-水热虹吸管。通过设计计算，热管预热器热管总数为63根，叉排的排列方式，迎面横向管排数为13排，纵向管排数5排。通过计算第一排管内流体温度进行换热器的强度校核，计算末排管壁温度检验是否会产生露点腐蚀。
关键词：能源问题 热管换热器 传热性能 整体式 余热回收
Design of 9500Nm3 / h Integral Heat Pipe Preheater
ABSTRACT
In this paper, the average temperature difference method is used to calculate and check the heat pipe preheater.The design of the heat pipe mainly includes: the design of the shell, the choice of working medium, the middle seal structure design, the selection of the filter material and the related design calculation.The heat pipe diameter, the length of the heat pipe and the fin structure parameters determine the fin efficiency and the wing ratio, which have great influence on the heat transfer and flow resistance of the heat pipe heat exchanger, and involve the compactness, investment and running cost of the heat exchanger.This design adopts carbon steel - water heat siphon.Through the design and calculation,the total number of heat pipes is 63, arranged in a crossed way, the number of horizontal pipe rows is 13 rows, the number of longitudinal pipe rows is 5 rows. The strength check of the heat exchanger is carried out by calculating the fluid temperature in the first row of tubes,the last row wall temperature is calculated to verify whether it will produce dew point corrosion.
Key words: energy problem Heat pipe heat exchanger Heat transfer performance
Integral Waste heat recovery
目录
摘要 I
ABSTRACT II
符号表 V
第一章 绪论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 热管换热器的结构与应用 2
1.2.1 热管换热器的构造 2
1.2.2 热管换热器的特点 3
1.2.3 热管换热器的基本特性 3
1.2.4 热管换热器的应用 4
1.2.5 我国换热器研究存在的问题 5
1.3 国内外发展状况 6
1.3.1 国外发展状况 6
1.3.2 我国发展状况 7
1.4 本课题研究及意义 9
第二章 热管预热器传热计算 10
2.1 设计题目：整体式热管预热器 10
2.2 原始资料： 10
2.3 热管元件的基本选择 10
2.4 计算传热量
11
2.5 冷空气出口温度
及对数平均温差
11
2.6 确定迎风面积
及迎面管排数
12
2.7 求总传热系数
13
2.8 求加热侧总传热面积
16
2.9 求所需热管数n 16
2.10 求换热器纵深排数m 16
2.11 求通过热管换热器的压力降 16
2.12 求热管第一排管内流体温度
18
2.13 求蒸发段热管的最后一排管壁温度
20
2.14 强度校核 21
第三章 热管预热器结构设计 22
3.1 热管元件的基本选择 22
3.2 换热器基本结构 22
第四章 结论与展望 24
参考文献： 25
致谢 27
符号表
符号 | 含义 | 单位 | ||
物理量 |
| —— | 每米长热管管外总表面积 | m2 |
| —— | 每米长热管的翅片表面积 | m2 | |
| —— | 每米长翅片间管表面积 | m2 | |
| —— | 迎风面积 | m2 | |
B | —— | 迎风管排数 | 根 | |
| —— | 定性温度下热侧空气定压比热容 | kJ/(kg·K) | |
| —— | 容积当量直径 | m | |
| —— | 热管外径 | mm | |
| —— | 热管内径 | mm | |
| —— | 迎风面宽度 | m | |
| —— | 流体最大质量流量 | kg/(m2·h) | |
| —— | 换热系数 | W/(m2·K) | |
| —— | 管外有效换热系数 | W/(m2·K) | |
H | —— | 翅片型号 | mm | |
| —— | 翅片高度 | mm | |
| —— | 热管蒸发段长度 | mm | |
| —— | 热管冷凝段长度 | mm | |
| —— | 气流流向深度 | mm | |
| —— | 换热器纵深排数 | 根 | |
| —— | 所需热管数 | 根 | |
| —— | 每米热管长的翅片数 | ||
| —— | 努塞尔数 | ||
| —— | 管束最小流通截面积 | m2 | |
| —— | 通过换热器的压降 | Pa | |
| —— | 定性温度下热侧普朗克数 | ||
| —— | 热侧空气放出热量 | kW |
| —— | 热管传至冷侧热量 | kW | |
| —— | 雷诺准则数 | ||
| —— | 纵向管子中心距 | mm | |
| —— | 横线管子中心距 | mm | |
| —— | 翅片间距 | mm | |
| —— | 热侧空气定性温度 | ℃ | |
| —— | 平均管壁温度 | ℃ | |
| ———— | 冷空气出口温度 | ℃ | |
| —— | 平均温差 | ℃ | |
| —— | 总传热系数 | W/(m2·K) | |
| —— | 标准迎风面速度 | m/s | |
| —— | 定性温度下热侧空气密度 | kg/m3 | |
| —— | 定性温度下热侧空气导热系数 | W/(m·K) | |
| —— | 定性温度下热侧空气粘度 | kg/(m·s) | |
| —— | 翅片厚度 | mm | |
| —— | 翅片效率 | ||
上标 | C | —— | 冷侧流体 | |
h | —— | 热侧流体 | ||
下标 | f | —— | 翅片 | |
in | —— | 进口 | ||
out | —— | 出口 | ||
w | —— | 管壁 | ||
y | —— | 污垢 | ||
1 | —— | 进口 | ||
2 | —— | 出口 |
第一章 绪论
1.1 课题背景与意义
热管的传热能力很强，它的特点是实现两点间近乎无热损的快速传热。热管的传热系数很高，是一种超导体传热材料。热管的工作原理是利用其内部的工质发生相变传热，众所周知，这种传热方式避免了与其他物质相接触产生的热传导或者热对流，热量的损失较小，从而提高了传热效率，而且工作液体在重力的作用下可以回流，达到循环使用的效果[1]。
热管原理最早的提出者是Gauler，之后又过了20年，Grover等人在1964年正式提出了热管这个概念，自此关于热管的研究便正式开始了。
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