85m3h水-空气冷却器的设计毕业论文

 2020-04-15 20:16:31

摘要

空气冷却器是现代社会中使用的较多而且很重要的换热设备，空冷器的发展也得到了各行各业的重点关注。因为空气冷却器是有比较高的传热效率，因而在节约能源方面可以说是非常符合现代可持续发展的理念，当今社会主流观念是“低碳生活，节能减排”，所以空气冷却器在能源、动力、石油、化工、冶金、矿业等领域中得到了广泛的应用。

本文在给定原始参数的情况下对85m³/h水-空气冷却器进行了设计，其主要内容主要包括空气冷却器的设计计算、校核计算、以及结构设计计算：

首先依据原始参数，结合无相变流体空气冷却器的设计方法进行设计计算，计算得出总传热量为192518.9W，依据总传热量估算传热面积并且选择翅片管参数和确定管束布排方式，确定整体结构。本台水-空气冷却器选用G型高翅片管，管外径为25mm，管内径为20mm，管束长为3m，宽1m，排管总根数56根，有效传热管根数为54根，管程数为1，管束布置为4排。

第二步是应用Aspen Exchanger Designamp;Rating软件进行校核计算，将软件得到的结果与设计计算相互比较，调整，得出校核后的优化结果。

最后依据设计计算和校核计算所得结果，进行空气冷却器结构计算和选型，主要包括风机、构架、百叶窗等，确定空气冷却器基本结构，为绘制图纸提供数据。

关键词：空气冷却器设计 EDR软件校核

Design of 85m³/h water-air cooler

Abstract

Air cooler is an important and widely used heat exchange equipment in modern society. Because air cooler is a relatively high heat transfer efficiency, and thus in terms of energy saving is very accord with the modern idea of sustainable development, the social mainstream idea is "low carbon life, energy conservation and emissions reduction", so the air cooler in energy, power, petroleum, chemical industry, metallurgy, mining and other fields has been widely used.

In this paper, the 85m³/h water-air cooler is designed with the original parameters given. The main contents include the design calculation, check calculation and structural design calculation of the air cooler:

According to the original parameters, combined with the design method of the phase-changeless fluid air cooler, the total heat transfer was calculated to be 192518.9W. The heat transfer area was estimated based on the total heat transfer, and the finned tube parameters were selected and the tube bundle arrangement was determined to determine the overall structure.This water-air cooler adopts G type high-finned tube, with outer diameter of 25mm, inner diameter of 20mm, tube bundle length of 3m, width of 1m, total number of rows of 56 tubes, effective heat transfer of 54 tubes, number of tube lengths of 1, tube bundle layout of 4 rows.

The second step is to apply the Aspen Exchanger Designamp;Rating checking calculation software, the software results are compared with design calculation to each other, adjust, after checking the optimization results.

Finally, according to the results of design calculation and check calculation, calculation and selection of air cooler structure, including fans, frames, shutters, etc., determine the basic structure of air cooler, to provide data for drawing drawings.

Key words: Air cooler; Design; EDR software; Check

摘要 I

Abstract II

符号表 V

第一章绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 水-空气冷却器 1

1.2.1 空气冷却器的原理概述 1

1.2.2 空气冷却器的结构概述 1

1.2.3 空冷器在工业中的应用 2

1.3空气冷却器的设计 3

1.3.1主要参数 3

1.3.2设计步骤 4

第二章 85m³/h水-空气冷却器的设计计算 5

2.1 原始数据 5

2.2 热力计算 5

2.2.1 计算水的定性温度 5

2.2.2 计算总传热量 5

2.2.3空冷器的方案计算 6

2.2.4 管内膜传热系数的计算 8

2.2.5 风机风量和空气出口温度的计算 9

2.2.6 翅片膜传热系数的计算 9

2.2.7 管壁温度的计算和校正管内膜传热系数 10

2.2.8 计算和选取各项热阻 10

2.2.9 计算总传热系数 11

2.2.10 计算传热温差 11

2.2.11 传热面积的计算 12

2.2.12 管内阻力的计算 12

2.2.13 计算管外空气阻力 13

2.2.14 风机功率的计算 14

2.2.15 估算风机噪音 15

第三章 85m³/h水-空气冷却器的校核计算 16

第四章 85m³/h 水-空气冷却器的结构设计 25

4.1 管束参数 25

4.2 管箱选型及结构校核计算 25

4.2.1 计算顶板、底板的应力 26

4.3 管束支持梁参数 26

4.4 构架参数 27

4.5 百叶窗参数 27

第五章结论与展望 28

5.1 结论 28

5.2 展望 28

参考文献 29

致谢 31

符号表

符号		含义	单位
M₁	——	水的体积流量	m³/h
T1	——	水的进口温度	℃
T2	——	水的出口温度	℃
t1	——	设计气温	℃
T_D	——	水的定性温度	℃
Ρ_w	——	定性温度下水的密度	kg/m³
C_PW	——	定性温度下水的定压比热容	kJ/(kg·K)
λ_w	——	定性温度下水的导热系数	W/(m·K)
μ_w	——	定性温度下水的动力粘度	mpa·s
Q	——	总传热量	W
K	——	总传热系数	W/(m²·K)
△T_w	——	热流体进出口温差	℃
F_t	——	温升校正系数
t₂	——	空气出口温度	℃
△T	——	平均传热温差	℃
N_tp	——	管程数	程
A_R	——	光管外表面积为基准的传热面积	m²
t _D	——	空气的定性温度	℃
ρ_a	——	定性温度下空气的密度	kg/m³
C_pa	——	定性温度下空气的定压比热容	kJ/(kg·K)
λ_a	——	定性温度下空气的导热系数	W/(m·K)
μ_a	——	定性温度下空气的动力粘度	mpa·s
V	——	空冷器所需总风量	m³/h
A	——	管束名义长度	m
A_S	——	管束实际长度	m
B	——	管束名义宽度	m
B_S	——	管束实际宽度	m
A_F	——	有效迎风面积	m²
N_P	——	管排数	排
S₁	——	管心距	mm
N_T	——	基管总根数	根
n_e	——	有效传热管根数	根
d_o	——	基管外径	mm
d_i	——	基管内径	mm
A_e	——	基管有效传热面积	m²
a∑	——	管内流通总面积	m²
a_s	——	每程流通面积	m²
N_s	——	支梁列数	个
d_f	——	翅片外径	mm
δ	——	翅片厚度	mm
d_r	——	翅根直径	mm
N_f	——	每米翅片数
ξ_f	——	风面比
K_f	——	传热计算几何综合系数
K_L	——	阻力计算几何综合系数
A_f	——	每米翅片面积	m²/m
A_r	——	每米翅根面积	m²/m
G_i	——	管内介质质量流速	kg/(m²·s)
V	——	管内介质质量流速	m/s
R_e	——	管侧雷诺数
P_r	——	管侧普朗特数
φ_i	——	壁温校正系数
h_i	——	管内膜传热系数	W/(m²·K)
V_NF	——	标准迎面风速	m/s
A_F	——	管束有效迎风面积	m²
V_F	——	风机总风量	m³/h
ρ_N	——	标准状况下空气的密度	Kg/m³
h_f	——	翅片总表面积为基准的传热系数	W/(m².k)
λ_L	——	翅片总表面积为基准的传热系数	W/(m².k)
E_f	——	翅片效率
A_e	——	单位翅片的有效面积	m²/m
A_o	——	单位翅片管光管外表面积	m²/m
h_o	——	光管外表面积为基准的翅片膜传热系数	W/(m²·K)
t_b	——	管壁温度	℃
ρ_wb	——	管壁温度下水的密度	kg/m³
μ_wb	——	管壁温度下水的动力粘度	mpa·s
r_i	——	管内污垢热阻	m²·K/W
r_o	——	翅片污垢热阻	m²·K/W
r_j	——	间隙热阻	m²·K/W
λ_G	——	钢的导热系数	W/(m·K)
d_m	——	基管平均直径	mm
r_w	——	管壁热阻	m²·K/W
A_C	——	传热面积	m²
C_R	——	面积富裕量
f_i	——	摩擦系数
△P_t	——	沿程流体压降	Pa
△P_r	——	管箱回弯压降	Pa
△P_N	——	进出口压降	Pa
△P_i	——	管程总压降	Pa
△P_st	——	管束静压	Pa
△P_D	——	动压头	Pa
P	——	全风压	Pa
n	——	风机转速	r/min
u	——	风机叶尖速度	m/s
N_O	——	风机的输出功率	W
	——	风量系数
	——	压头系数
α	——	叶片安装角
η	——	叶片安装角
	——	功率系数
N	——	轴功率理论计算值	W
η₁	——	电机效率
η₂	——	皮带传送效率
N_d	——	电机实耗功率	W
A_w	——	常数	dB
L_P	——	风机叶尖处声压级	dB

绪论

1.1 研究背景与意义

现代社会随着我国工业的迅猛发展，用水量猛增，尤其是冶金、化工、电力、炼油等行业导致了工业工业用水供应不足，特别是一些缺水的地区更是如此^[1]。水资源的紧缺制约了国民经济的发展。因为工业迅速发展使工业用水大幅度增加而出现的供水不足的问题在空器冷却器出现后很大程度上缓解了，与此同时还降低了一些工业地区水污染的情况^[2]。

水-空气冷却器

1.2.1 空气冷却器的原理概述

空气冷却器是一种在翅片管外(少数也有用光管)用空气冷却或冷凝流经管内的流体的热交换器^[3]。常规空冷式换热器是利用环境中的低温位空气与高温位介质进行换热，达到降低介质温度或使气态介质冷凝的目的。热流体由物料管线流经换热管束进行冷却，在排出管汇集并排出^[4]。空气作为冷却剂由安装在管束下方的轴流式通风机向上吹过管束间隙，用于使管内介质冷却或冷凝^[5]。

一般而言，工业上低于120℃的余热回收代价较为昂贵，所以该部分能量一般用空冷器取走^[6]，许多炼厂中，90%以上的冷却符合都由空冷器承担再加上为了提升效率为了提升效率而在在传热方向的研究的进展，大量翅片结构的空冷器在工业中得以普遍应用^[7]。空气冷却方式有着较高的经济性，使用空冷器能够更好的保护环境，企业如果采用自然水体冷却排放，将会早晨热污染，破坏生态，采用空冷器，不但降低了用水量，还能改善环境^[8]。

1.2.2 空气冷却器的结构概述

空气冷却器的结构主要包括管束、风机、构架、百叶窗以及梯子平台等^[9]。

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1.2.2 空气冷却器的结构概述

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