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第一章 管壳式换热器 1

第一节 绪论 1

一、概述 1

二、管壳式换热器的性能特点 1

(一)结构特点及适用范围 1

(二)设计考虑的因素 2

(三)强化传热元件和设备的性能特点 5

第二节 管壳式换热器计算方法 9

一、基本关系式和经验数据 9

(一)基本关系式 9

(二)基本关系式中各项数值的计算 10

二、管内膜传热系数及压力降 19

(一)管内膜传热系数 19

(二)管程压力降 22

三、管外膜传热系数及压力降 24

(一)管外膜传热系数 24

(二)壳程压力降 28

四、计算步骤与例题 31

(一)一般的工艺设计步骤 31

(二)例题一(普通弓形折流板换热器) 33

(三)例题二(折流杆换热器的选型) 37

第三节 壳程流路分析计算法 43

一、概述 43

二、流路分析法计算思路和物理模型 44

(一)计算思路 44

(二)物理模型 45

三、数学模型与计算方法 46

(一)几何参数 46

(二)阻力系数 49

(三)流率和压力降 50

(四)传热计算 52

(五)例题 53

附表1-1 浮头式换热器和冷凝器主要工艺参数表 59

附表1-2 固定管板换热器主要工艺参数表 61

附表1-3 U形管式换热器主要工艺参数表 64

附表1-4 浮头式折流杆换热器和冷凝器主要工艺参数表 66

附表1-5 浮头式双弓形折流板换热器主要工艺参数表 70

附表1-6 管嘴尺寸表 74

附表1-7 油品性质计算公式 74

符号表 75

参考文献 80

第二章 冷凝器 81

第一节 冷凝机理分析及设计考虑因素 81

一、冷凝机理分析 81

(一)概述 81

(二)膜状冷凝的特点 82

(三)膜状冷凝的基础模型 83

二、冷凝过程设计考虑因素 85

(一)冷凝过程设备形式的选择 85

(二)卧式冷凝器管程冷凝 86

(三)卧式冷凝器壳程冷凝 86

(四)总传热系数与经验值 88

(五)冷凝传热的影响因素 88

第二节 结构特点及几何参数 89

第三节 冷凝器热负荷 90

一、纯组分或冷凝温降小的混合物冷凝 90

二、混合物冷凝 90

第四节 水平管内冷凝传热和压力降 92

一、水平管内冷凝液膜传热系数 92

二、水平管内气相传热系数 94

三、水平管内冷凝压力降 96

第五节 水平管束外的冷凝传热和压力降 99

一、光管管束外冷凝液膜传热系数 100

二、螺纹管管束外冷凝液膜传热系数 103

三、水平管束外冷凝的汽相传热系数 105

四、水平管束外冷凝压力降 107

(一)浮头式折流杆冷凝器壳程压力降 107

(二)普通浮头式冷凝器水平管束外冷凝压力降 109

第六节 分段计算结果的综合 110

一、分段计算方法 110

二、平均温差 111

三、分段计算结果的综合 113

第七节 示例 115

一、浮头式冷凝器水平管束外冷凝 115

(一)冷凝器的传热性能 116

(二)冷凝器压力降 121

二、浮头式冷凝器水平管内冷凝 123

(一)换热器的传热性能 124

(二)换热器压力降 129

附录 扩散函数的推导 130

符号表 131

参考文献 136

第三章 空气冷却器 138

第一节 概述 138

一、空气冷却器的结构形式及特点 138

(一)结构形式及分类 138

(二)管束、构架、百叶窗与风机 143

(三)基本参数 150

二、空气冷却器的总体设计 154

(一)总体设计的内容 154

(二)空冷与水冷的选择 155

(三)工艺设计条件的选择 155

(四)空气冷却器形式的选择 155

第二节 数学模型及主要关联式 158

一、热负荷 158

二、管内膜传热系数及压力降 158

(一)管内膜传热系数 158

(二)管程压力降 159

三、管外膜传热系数及阻力 160

(一)干式空气冷却器管外膜传热系数及阻力 160

(二)湿式空气冷却器管外膜传热系数及阻力 163

四、有效平均温差、换热面积和总传热系数 164

(一)有效平均温差 164

(二)总传热系数 168

(三)换热面积 169

五、强制通风时的风机功率 169

六、自然通风的风筒高度 172

第三节 计算步骤和例题 177

(一)计算步骤概述 177

(二)例题 177

附表3-1 鼓风式空冷器管束换热面积表 184

附表3-2 引风式空冷器管束换热面积表 188

附表3-3 鼓风式空冷器管子数表 192

附表3-4 引风式空冷器管子数表 193

附表3-5 全国主要城市气温一览表 194

附表3-6 空气性质计算公式表 196

符号表 197

参考文献 199

第四章 重沸器 200

第一节 重沸器类型及设计考虑因素 200

一、重沸器的类型和特点 200

(一)釜式重沸器 200

(二)热虹吸式重沸器 201

二、设计考虑的因素 204

(一)对结垢因素的考虑 204

(二)对有效温差△T的控制考虑 205

(三)对操作压力的考虑 206

第二节 釜式重沸器和卧式热虹吸重沸器 206

一、池式沸腾机理 206

(一)池式沸腾机理及沸腾曲线 206

(二)临界最大热通量及影响因素 207

二、卧式重沸器的沸腾传热系数与压力降 209

(一)泡核沸腾传热系数 209

(二)壳程压力平衡及安装高度 214

第三节 立式热虹吸重沸器 217

一、流动沸腾机理 217

(一)垂直管内沸腾两相流流型和传热 217

(二)临界最大热通量 218

二、管内流动沸腾膜传热系数 219

(一)流动沸腾传热系数 219

(二)显热段的传热系数及长度 221

三、立式热虹吸重沸器的压力降和循环推动力 222

(一)循环推动力 223

(二)重沸器总压力降 223

第四节 加热侧的膜传热系数、总传热系数、换热面积 224

一、加热侧的膜传热系数 224

二、总传热系数 225

三、计算面积和富裕量 226

第五节 计算步骤与例题 227

(一)一般的工艺设计步骤 227

(二)例题一(卧式热虹吸重沸器) 229

(三)例题二(立式热虹吸重沸器) 233

附表4-1(a) 立式热虹吸重沸器主要工艺参数表(φ25mm×2.5mm；φ25mm×2.0mm) 240

附表4-1(b) 立式热虹吸重沸器主要工艺参数表(φ38mm×2.5mm；φ38mm×3.0mm) 241

符号表 241

参考文献 244

第五章 换热网络合成与模拟技术 246

第一节 换热网络合成与模拟技术概述 246

第二节 换热网络合成的基础与目标分析 247

一、基础数据要求 247

(一)冷热物流的确定 247

(二)无相变物流的焓及物性 247

(三)相变物流的焓及物性 248

二、换热网络合成的目标分析 248

(一)换热网络的温-焓图 248

(二)换热网络合成的目标 249

三、换热网络最佳热量回收率的确定 250

(一)换热网络的费用模型 250

(二)确定最佳热回收率 252

第三节 换热网络的合成方法 253

一、夹点理论对换热网络设计的指导意义 253

(一)夹点的意义 253

(二)夹点对换热网络设计的指导意义 253

二、确定夹点的方法 253

三、夹点设计方法 256

(一)夹点设计法的可行性规则 257

(二)夹点设计法的经验规则 257

(三)利用夹点设计法设计换热网络 258

四、换热网络的调优方法 262

(一)换热网络的调优 262

(二)换热网络能量松弛 266

五、换热网络合成步骤及例题 268

第四节 换热网络模拟计算 278

一、换热网络模拟计算的数学方法 279

(一)换热网络节点序列 279

(二)网络模拟计算举例 280

二、网络序贯模拟收敛方法 281

三、换热器的模拟计算方法［13］ 282

(一)基本思路及原理 282

(二)由焓值反推未知出口温度的方法 283

(三)模拟计算中的迭代收敛方法 284

四、换热网络模拟计算步骤及例题 285

(一)基础数据 285

(二)换热网络模拟计算步骤及例题 285

符号表 289

参考文献 291