1、J155 长 江 大 学 工 程 技 术 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 名 称 浮 头 式 换 热 器 设 计题 目 类 型 毕 业 设 计系 部 机 械 系专 业 班 级 装 备 601 班学 生 姓 名 丁 红 林指 导 教 师 周 志 宏 /教 授辅 导 教 师 周 志 宏 /教 授时 间 2009 年 11 月 至 2010 年 6 月目 录毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书 开 题 报 告 指 导 教 师 审 查 意 见 评 阅 教 师 评 语 答 辩 会 议 记 录 中 文 摘 要 英 文 摘 要 前 言 11 热 力 计 算 21.1原 始 数 据 .21.
2、2定 性 温 度 和 物 性 参 数 计 算 .21.3初 选 结 构 .31.4管 程 换 热 计 算 及 流 量 计 算 .31.5壳 程 换 热 计 算 .51.6传 热 系 数 .61.7管 程 压 降 .71.8壳 程 压 降 .81.9压 强 校 核 .92 结 构 设 计 102.1换 热 流 程 设 计 .102.2管 子 和 传 热 面 积 .102.3管 子 排 列 方 式 .102.4壳 体 .112.5管 箱 .122.6固 定 管 板 .132.7分 程 隔 板 .132.8折 流 板 .142.9拉 杆 .152.10进 出 口 管 .152.11浮 头 箱 .15
3、2.12浮 头 .162.13补 强 圈 .162.14法 兰 .172.15支 座 .193 强 度 校 核 203.1管 箱 的 强 度 校 核 及 优 化 .203.2壳 体 的 强 度 校 核 及 优 化 .214 制 造 工 艺 及 安 装 234.1制 造 工 艺 .234.2安 装 与 拆 卸 .245Solidworks 绘 出 的 实 体 模 型 26小 结 27参 考 文 献 28致 谢 29- -长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 任 务 书系 部 ： 机 械 系 专 业 ： 过 程 装 备 班 级 ： 装 备 0601学 生 姓 名
4、： 丁 红 林 指 导 教 师 /职 称 ： 周 志 宏 / 教 授1. 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 题 目 ： 浮 头 式 换 热 器 设 计2. 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 起 止 时 间 ： 2009 年 11月 1 日 2010 年 6 月 1 日3.毕 业 设 计 （ 论 文 ） 所 需 资 料 及 原 始 数 据 （ 指 导 教 师 选 定 部 分 ）换 热 器 设 计 原 始 数 据壳 体 规 格 700； 管 箱 规 格 750； 换 热 管 规 格 19 3L=8000项 目 壳 程 管 程设 计 压 力 （ Mp） 1.6 2操 作 温 度 （ 进 口 /出口 ）
5、175/155 144/163设 计 温 度 220 200介 质 急 冷 油 锅 炉 给 水4.毕 业 设 计 （ 论 文 ） 应 完 成 的 主 要 内 容（ 1） 换 热 器 的 发 展 概 况（ 2） 总 体 参 数 设 计 计 算（ 3） 传 热 学 计 算（ 4） 有 限 元 分 析（ 5） 结 构 的 三 维 设 计（ 6） 换 热 器 的 工 程 图 设 计- -5.毕 业 设 计 （ 论 文 ） 的 目 标 及 具 体 要 求换 热 器 的 三 维 图工 程 图 ： 总 装 配 图 ， 部 件 装 配 图 各 一 张 ， 零 件 图 3 张6 、 完 成 毕 业 设 计 （
6、论 文 ） 所 需 的 条 件 及 上 机 时 数 要 求熟 悉 Solidworks上 机 100 小 时任 务 书 批 准 日 期 系 主 任 /责 任 教 授任 务 书 下 达 日 期 指 导 教 师完 成 任 务 日 期 学 生 签 名- -长 江 大 学 工 程 技 术 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告题 目 名 称 浮 头 式 换 热 器 设 计系 部 机 械 系专 业 班 级 装 备 601学 生 姓 名 丁 红 林指 导 教 师 周 志 宏辅 导 教 师 周 志 宏开 题 报 告 时 间 2009 年 11 月 -2009 年 12 月- -浮 头 式 换
7、热 器 设 计学 生 ： 丁 红 林 长 江 大 学 工 程 技 术 学 院指 导 教 师 ： 周 正 宏 长 江 大 学 机 械 工 程 学 院一 、 题 目 来 源 及 其 类 型题 目 来 源 ： 生 产 实 际题 目 类 别 ： 毕 业 设 计二 、 研 究 目 的 和 意 义换 热 器 是 国 民 经 济 和 工 业 生 产 领 域 中 应 用 十 分 广 泛 的 热 量 交 换 设 备 ， 随 着 现 代新 工 艺 、 新 技 术 、 新 材 料 的 不 断 开 发 和 能 源 问 题 的 日 趋 严 重 ， 世 界 各 国 已 普 遍 把 石油 化 工 深 度 加 工 和 能 源
8、 综 合 利 用 摆 到 十 分 重 要 的 位 置 。 换 热 器 因 而 面 临 着 新 的 挑 战 。换 热 器 的 性 能 对 产 品 质 量 、 能 量 利 用 率 以 及 系 统 运 行 的 经 济 性 和 可 靠 性 起 着 重 要 的 作用 ， 有 时 甚 至 是 决 定 性 的 作 用 。 目 前 在 发 达 的 工 业 国 家 热 回 收 率 已 达 96% 。 换 热设 备 在 现 代 装 置 中 约 占 设 备 总 重 的 30% 左 右 ， 其 中 管 壳 式 换 热 器 仍 然 占 绝 对 的 优 势 ，约 70% 。 其 余 30% 为 各 类 高 效 紧 凑 式
9、 换 热 器 、 新 型 热 管 热 泵 和 蓄 热 器 等 设 备 ， 其中 板 式 、 螺 旋 板 式 、 板 翅 式 以 及 各 类 高 效 传 热 元 件 的 发 展 十 分 迅 速 。 在 继 续 提 高 设 备热 效 率 的 同 时 ， 促 进 换 热 设 备 的 结 构 紧 凑 性 ， 产 品 系 列 化 、 标 准 化 和 专 业 化 ， 并 朝大 型 化 的 方 向 研 究 发 展 。三 、 阅 读 的 主 要 参 考 文 献 及 资 料 名 称1 史 美 中 ， 王 中 铮 .热 交 换 器 原 理 与 设 计 M.北 京 ： 东 南 大 学 出 版 社 ， 19962 钱
10、 颂 文 .换 热 器 设 计 手 册 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 20033 郑 津 洋 ， 董 其 伍 ， 桑 芝 富 .过 程 装 备 设 计 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 20054王 志 魁 .化 工 原 理 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 20005贺 卫 国 .化 工 容 器 及 设 备 简 明 设 计 手 册 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 20036王 志 文 .化 工 容 器 设 计 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 1990- -7贺 匡 国 .压 力 容 器 分 析 设 计 基 础 M.
11、北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 19958潘 家 祯 .压 力 容 器 材 料 实 用 手 册 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 20009卓 震 . 化 工 容 器 及 设 备 M.北 京 ： 中 国 石 化 出 版 社 ， 199810GB150-1998钢 制 压 力 容 器 S.北 京 ： 中 国 标 准 出 版 社 ， 200311GB151-1999管 壳 式 换 热 器 S.北 京 ： 中 国 标 准 出 版 社 ， 200412HG20582-1998钢 制 化 工 容 器 强 度 计 算 规 定 S.化 工 部 工 程 建 设 标 准 编 辑 中心
12、出 版 ， 199813JB4732-1995钢 制 压 力 容 器 分 析 设 计 标 准 S.北 京 ： 新 华 出 版 社 ， 199514 BeneathA. Saurian and Rosary S. Michalski， Applying Separable EvolutionModeltoHeatExchangeDesign15 James R Burly. Don t overlook compact heat exchangers. ChemicalEngineering.， 1991， 98（ 8） :90 9616Heat transfer suppliers， focu
13、s on safety. Chemical Engineering， 1993， 100（ 4） :147 154四 、 国 内 外 现 状 和 发 展 趋 势 与 研 究 的 主 攻 方 向1、 我 国 换 热 器 发 展 前 景换 热 器 （ 热 交 换 器 ） 是 将 热 流 体 的 部 分 热 量 传 递 给 冷 流 体 的 设 备 ， 换 热 器 按 传 热方 式 的 不 同 可 分 为 混 合 式 （ 混 合 式 换 热 器 是 通 过 冷 、 热 流 体 的 直 接 接 触 、 混 合 进 行 热量 交 换 的 换 热 器 ， 又 称 接 触 式 换 热 器 ） 、 蓄 热 式
14、（ 蓄 热 式 换 热 器 是 利 用 冷 、 热 流 体 交替 流 经 蓄 热 室 中 的 蓄 热 体 （ 填 料 ） 表 面 ， 从 而 进 行 热 量 交 换 的 换 热 器 ） 和 间 壁 式 （ 随间 壁 式 换 热 器 的 冷 、 热 流 体 被 固 体 间 壁 隔 开 ， 并 通 过 间 壁 进 行 热 量 交 换 的 换 热 器 ， 因此 又 称 表 面 式 换 热 器 ， 这 类 换 热 器 应 用 最 广 ） 三 类 。在 我 国 换 热 器 的 制 造 技 术 远 落 后 于 外 国 ， 由 于 制 造 工 艺 和 科 学 水 平 的 限 制 ， 早 期的 换 热 器 只
15、 能 采 用 简 单 的 结 构 ， 而 且 传 热 面 积 小 、 体 积 大 和 笨 重 ， 如 蛇 管 式 换 热 器 等 。随 着 制 造 工 艺 的 发 展 ， 逐 步 形 成 一 种 管 壳 式 换 热 器 ， 它 不 仅 单 位 体 积 具 有 较 大 的 传 热面 积 ， 而 且 传 热 效 果 也 较 好 ， 长 期 以 来 在 工 业 生 产 中 成 为 一 种 典 型 的 换 热 器 。在 我 国 随 着 经 济 快 速 发 展 的 同 时 ， 各 种 不 同 型 式 和 种 类 的 换 热 器 发 展 很 快 ， 新 结构 、 新 材 料 的 换 热 器 不 断 涌 现
16、 。 为 了 适 应 发 展 的 需 要 ， 我 国 对 某 些 种 类 的 换 热 器 已 经建 立 了 标 准 ， 形 成 了 系 列 。 完 善 的 换 热 器 在 设 计 或 选 型 时 应 满 足 以 下 基 本 要 求 ：- -（ 1） 合 理 地 实 现 所 规 定 的 工 艺 条 件 ；（ 2） 结 构 安 全 可 靠 ；（ 3） 便 于 制 造 、 安 装 、 操 作 和 维 修 ；（ 4） 经 济 上 合 理 。70年 代 的 世 界 能 源 危 机 ， 有 力 促 进 了 换 热 强 化 技 术 的 发 展 。 为 了 节 能 将 耗 ， 提高 工 业 生 产 经 济 效
17、 益 ， 要 求 开 发 适 用 于 不 同 工 业 过 程 要 求 的 高 效 换 热 设 备 。 所 以 这 些年 来 ， 换 热 器 的 开 发 和 研 究 成 了 人 们 关 注 的 课 题 。 当 今 换 热 器 技 术 的 发 展 以 CFD（ 计算 流 体 力 学 技 术 ） 、 模 型 化 技 术 、 强 化 传 热 技 术 等 形 成 一 个 高 技 术 体 系 。 所 谓 提 高 换热 器 性 能 ， 就 是 提 高 其 传 热 性 能 。 狭 义 的 强 化 传 热 系 数 指 提 高 流 体 和 传 热 之 间 的 传 热系 数 。 其 主 要 方 法 归 结 为 下
18、述 两 个 原 理 ： 温 度 边 界 层 减 勃 和 调 换 传 热 面 附 近 的 流 体 。因 此 最 近 十 几 年 来 ， 强 化 传 热 技 术 受 到 了 工 业 界 的 广 泛 重 视 ， 得 到 了 十 分 迅 速 的发 展 ， 凝 结 是 工 业 中 普 遍 遇 到 的 另 一 种 相 变 换 热 过 程 ， 凝 结 换 热 系 数 很 高 ， 但 经 过 强化 措 施 还 可 以 进 一 步 提 升 换 热 效 率 。1. 管 外 凝 结 换 热 的 强 化（ 1） 冷 却 表 面 的 特 殊 处 理对 冷 却 表 面 的 特 殊 处 理 ， 主 要 是 为 了 在 冷
19、却 表 面 上 产 生 珠 状 凝 结 。 珠 状 凝 结 的 换热 系 数 可 比 通 常 的 膜 状 凝 结 高 510倍 ， 由 于 水 和 有 机 液 体 能 润 湿 大 部 分 的 金 属 壁 面 ，所 以 应 采 用 特 殊 的 表 面 处 理 方 法 （ 化 学 覆 盖 法 、 聚 合 物 涂 层 法 和 电 镀 法 等 ） ， 使 冷 凝液 不 能 润 湿 壁 面 ， 从 而 形 成 珠 状 凝 结 。 用 电 镀 法 在 表 面 涂 一 层 贵 金 属 ， 如 金 、 铂 、 钯等 效 果 很 好 ， 缺 点 是 价 格 昂 贵 。（ 2） 冷 却 表 面 的 粗 糙 化粗
20、糙 表 面 可 增 加 凝 结 液 膜 的 湍 流 度 ， 亦 可 强 化 凝 结 换 热 。 实 验 证 明 ， 当 粗 糙 高 度为 0.5mm时 ， 水 蒸 气 的 凝 结 换 热 系 数 可 提 高 90%。 值 得 注 意 的 是 ， 当 凝 结 液 膜 增 厚到 可 将 粗 糙 壁 面 淹 没 时 ， 粗 糙 度 对 增 强 凝 结 换 热 不 起 作 用 。 有 时 当 液 膜 流 速 较 低 时 ，粗 糙 壁 面 还 会 滞 留 液 膜 ， 对 换 热 反 而 不 利 。（ 3） 采 用 扩 展 表 面在 管 外 膜 状 凝 结 中 常 常 采 用 低 肋 管 ， 低 肋 管
21、不 但 增 加 换 热 面 积 ， 而 且 由 于 冷 凝 流体 的 表 面 张 力 ， 肋 片 上 形 成 的 液 膜 较 薄 ， 因 此 其 凝 结 换 热 系 数 可 比 光 管 高 75%100%。应 用 螺 旋 槽 管 和 管 外 加 螺 旋 线 圈 。 螺 旋 槽 管 ， 管 子 内 外 壁 均 有 螺 纹 槽 ， 既 可 强 化- -冷 凝 换 热 ， 又 可 强 化 冷 却 侧 的 单 相 对 流 换 热 ， 与 光 管 相 比 其 凝 结 强 度 可 提 高 3550%。在 管 外 加 螺 旋 线 圈 ， 由 于 表 面 张 力 使 凝 结 液 流 到 金 属 螺 旋 线 圈
22、 的 底 部 而 排 出 ， 上 部 及四 周 液 膜 变 薄 ， 从 而 凝 结 换 热 系 数 有 时 甚 至 可 提 高 2倍 。2. 管 内 凝 结 换 热 的 强 化（ 1） 扩 展 表 面 法采 用 内 肋 管 是 强 化 管 内 凝 结 的 最 有 效 的 方 法 ， 试 验 表 明 ， 其 换 热 系 数 比 光 管 高2040%。 按 光 面 计 算 则 换 热 系 数 可 高 12倍 。（ 2） 采 用 流 体 旋 转 法采 用 螺 旋 槽 管 等 流 体 旋 转 法 可 以 强 化 凝 结 换 热 。 换 热 效 率 同 比 提 升 30%， 但 此 时流 动 阻 力 也
23、 会 增 加 。（ 3） 改 变 传 热 面 形 状改 变 传 热 面 形 状 的 方 法 有 多 种 ， 其 中 用 于 无 相 变 强 化 传 热 的 有 横 波 纹 管 、 螺 旋 螺纹 管 和 缩 放 管 ， 还 有 螺 旋 扁 管 和 偏 置 折 边 翅 片 管 。 都 是 高 效 换 热 元 件 。值 得 注 意 的 是 ， 在 强 化 凝 结 换 热 之 前 ， 应 首 先 保 证 凝 结 过 程 的 正 常 进 行 。 例 如 ，排 除 不 凝 气 体 的 影 响 ， 顺 利 地 排 除 冷 凝 液 等 。 改 变 实 践 证 明 ， 在 降 低 流 体 在 壳 程 的 阻力
24、并 保 证 流 体 在 湍 流 状 态 下 流 动 ， 这 样 才 能 充 分 的 提 高 介 质 的 换 热 系 数 ， 内 翅 片 管 、横 螺 纹 管 、 螺 旋 螺 纹 管 都 一 样 ， 不 但 可 用 于 单 相 对 流 传 热 ， 也 可 以 有 效 的 用 于 管 内 流动 沸 腾 传 热 （ 螺 纹 管 在 湍 流 时 可 使 对 流 传 热 系 数 增 加 一 倍 多 ） 。 当 然 现 在 各 式 换 热 器的 设 计 各 有 新 颖 之 处 ， 结 构 上 各 具 特 色 。 原 有 的 换 热 器 厂 家 最 近 也 研 制 出 一 种 新 型Hybrid换 热 器
25、， 他 克 服 了 板 式 因 密 封 问 题 而 受 到 限 制 的 弱 点 ， 很 有 发 展 前 途 。近 年 来 ， 随 着 制 造 技 术 的 进 步 ， 强 化 换 热 元 件 的 开 发 ， 使 得 新 型 高 效 换 热 器 的 研究 有 了 较 大 的 发 展 ， 根 据 不 同 的 工 艺 条 件 与 工 况 设 计 制 造 了 不 同 结 构 形 式 的 新 型 换 热器 ， 也 取 得 了 较 大 的 经 济 效 益 。 故 我 们 在 选 择 换 热 设 备 时 一 定 要 根 据 不 同 的 工 艺 、 工况 要 求 选 择 。 换 热 器 的 作 用 可 以 是
26、以 热 量 交 换 为 目 的 。 在 即 定 的 流 体 之 间 ， 在 一 定 时间 内 交 换 一 定 数 量 的 热 量 ； 也 可 以 是 以 回 收 热 量 为 目 的 ， 用 于 余 热 利 用 ； 也 可 以 是 以保 证 安 全 为 目 的 ， 即 防 止 温 度 升 高 而 引 起 压 力 升 高 造 成 某 些 设 备 被 破 坏 。 换 热 器 的 作用 不 同 ， 其 设 计 、 选 型 、 运 行 工 况 也 各 不 相 同 。 对 换 热 器 的 基 本 要 求 是 换 热 器 要 满 足换 热 要 求 ， 即 达 到 需 求 的 换 热 量 和 热 媒 温 度
27、;换 热 器 的 热 损 失 要 少 ， 换 热 效 率 要 高 ;流动 阻 力 要 小 ;要 有 足 够 的 机 械 强 度 ， 抗 腐 蚀 和 抗 损 坏 能 力 要 强 ， 维 护 工 作 量 要 少 ;结 构- -要 合 理 ， 工 作 要 安 全 可 靠 ， 即 零 部 件 之 间 因 为 温 升 而 产 生 的 热 应 力 不 会 导 致 换 热 器 破裂 ;要 便 于 制 造 、 安 装 和 检 修 ;经 济 上 要 合 理 ， 设 奋 全 寿 命 期 的 总 投 资 要 少 （ 总 投 资 包括 设 备 及 附 属 装 置 初 投 资 费 用 和 运 行 维 护 管 理 费 用
28、 ） ;生 活 热 水 系 统 的 换 热 器 应 易 于清 除 水 垢 ， 以 上 要 求 常 常 相 互 制 约 ， 难 于 同 时 满 定 ， 因 此 应 视 具 体 情 况 ， 在 换 热 器 的选 型 和 设 计 中 有 所 侧 重 ， 满 足 工 程 对 换 热 器 的 主 要 要 求 。 因 为 换 热 器 故 障 率 较 低 ， 并且 供 暖 为 季 节 性 负 荷 ， 有 足 够 的 检 修 时 间 ， 生 活 热 水 系 统 暂 停 供 热 也 不 会 造 成 重 大 影响 ， 所 以 可 不 设 备 用 换 热 器 。 换 热 器 台 数 的 选 择 和 单 台 能 力
29、的 确 定 应 适 应 热 负 荷 的 分期 增 长 ， 并 考 虑 供 热 的 可 靠 性 。未 来 ， 国 内 市 场 需 求 将 呈 现 以 下 特 点 ： 对 产 品 质 量 水 平 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 如 环保 、 节 能 型 产 品 将 是 今 后 发 展 的 重 点 ； 要 求 产 品 性 价 比 提 高 ； 对 产 品 的 个 性 化 、 多 样化 的 需 求 趋 势 强 烈 ； 逐 渐 注 意 品 牌 产 品 的 选 用 ； 大 工 程 项 目 青 睐 大 企 业 或 企 业 集 团 产品 。 国 内 经 济 发 展 带 来 的 良 好 机 遇 ， 以 及 进
30、 口 产 品 巨 大 的 可 转 化 性 共 同 预 示 着 我 国 换热 器 行 业 良 好 的 发 展 前 景 。 同 时 ， 行 业 发 展 必 须 要 注 重 高 端 产 品 的 研 发 。2、 国 外 换 热 器 发 展 前 景在 国 外 二 十 世 纪 20年 代 出 现 板 式 换 热 器 ， 并 应 用 于 食 品 工 业 。 以 板 代 管 制 成 的换 热 器 ， 结 构 紧 凑 ， 传 热 效 果 好 ， 因 此 陆 续 发 展 为 多 种 形 式 。 30年 代 初 ， 瑞 典 首 次制 成 螺 旋 板 换 热 器 。 接 着 英 国 用 钎 焊 法 制 造 出 一 种
31、 由 铜 及 其 合 金 材 料 制 成 的 板 翅 式 换热 器 ， 用 于 飞 机 发 动 机 的 散 热 。 30年 代 末 ， 瑞 典 又 制 造 出 第 一 台 板 壳 式 换 热 器 ， 用于 纸 浆 工 厂 。 在 此 期 间 ， 为 了 解 决 强 腐 蚀 性 介 质 的 换 热 问 题 ， 人 们 对 新 型 材 料 制 成 的换 热 器 开 始 注 意 。 60年 代 左 右 ， 由 于 空 间 技 术 和 尖 端 科 学 的 迅 速 发 展 ， 迫 切 需 要 各种 高 效 能 紧 凑 型 的 换 热 器 ， 再 加 上 冲 压 、 钎 焊 和 密 封 等 技 术 的 发
32、 展 ， 换 热 器 制 造 工 艺得 到 进 一 步 完 善 ， 从 而 推 动 了 紧 凑 型 板 面 式 换 热 器 的 蓬 勃 发 展 和 广 泛 应 用 。 此 外 ， 自60年 代 开 始 ， 为 了 适 应 高 温 和 高 压 条 件 下 的 换 热 和 节 能 的 需 要 ， 典 型 的 管 壳 式 换 热器 也 得 到 了 进 一 步 的 发 展 ， 这 一 类 换 热 器 不 但 是 从 材 料 上 有 了 较 大 的 突 破 ， 而 且 采 用新 颖 的 理 念 ， 增 加 强 化 传 热 。 70年 代 中 期 ， 为 了 进 一 步 减 小 换 热 器 的 体 积 ，
33、 减 轻 重量 和 金 属 消 耗 ， 减 少 换 热 器 消 耗 的 功 率 ， 并 使 换 热 器 能 够 在 较 低 温 差 下 工 作 ， 人 们 更是 采 用 各 种 科 学 的 办 法 来 增 强 换 热 器 内 的 传 热 。对 国 外 换 热 器 市 场 的 调 查 表 明 ， 管 壳 式 换 热 器 占 64%。 虽 然 各 种 板 式 换 热 器 的 竞- -争 力 在 上 升 ， 但 管 壳 式 换 热 器 仍 将 占 主 导 地 位 。 随 着 动 力 、 石 油 化 工 工 业 的 发 展 ， 其设 备 也 继 续 向 着 高 温 、 高 压 、 大 型 化 方 向
34、发 展 。 而 换 热 器 在 结 构 方 面 也 有 不 少 新 的 发展 。 现 就 几 种 新 型 换 热 器 的 特 点 简 介 如 下 ：一 、 气 动 喷 涂 翅 片 管 换 热 器俄 罗 斯 提 出 了 一 种 先 进 方 法 ， 即 气 动 喷 涂 法 ， 来 提 高 翅 片 化 表 面 的 性 能 。 其 实 质是 采 用 高 速 的 冷 的 或 稍 微 加 温 的 含 微 粒 的 流 体 给 翅 片 表 面 喷 镀 粉 末 粒 子 。 用 该 方 法 不仅 可 喷 涂 金 属 还 能 喷 涂 合 金 和 陶 瓷 （ 金 属 陶 瓷 混 合 物 ） ， 从 而 得 到 各 种
35、 不 同 性 能 的 表面 。 通 常 在 实 践 中 翅 片 底 面 的 接 触 阻 力 是 限 制 管 子 加 装 翅 片 的 因 素 之 一 。 为 了 评 估 翅片 管 换 热 器 元 件 进 行 了 试 验 研 究 。 试 验 是 采 用 在 翅 片 表 面 喷 涂 ac 铝 ， 并 添 加 了 24a白 色 电 炉 氧 化 铝 。 将 试 验 所 得 数 据 加 以 整 理 ， 便 可 评 估 翅 片 底 面 的 接 触 阻 力 。将 研 究 的 翅 片 的 效 率 与 计 算 数 据 进 行 比 较 ， 得 出 的 结 论 是 ： 气 动 喷 涂 翅 片 的 底 面的 接 触 阻
36、 力 对 效 率 无 实 质 性 影 响 。 为 了 证 实 这 一 点 ， 又 对 基 部 （ 管 子 ） 与 表 面 （ 翅 片 ）的 过 渡 区 进 行 了 金 相 结 构 分 析 。对 过 渡 区 试 片 的 分 析 表 明 ， 连 接 边 界 的 整 个 长 度 上 无 不 严 密 性 的 微 裂 纹 。 所 以 ，气 动 喷 涂 法 促 进 表 面 与 基 本 相 互 作 用 的 分 支 边 界 的 形 成 ， 能 促 进 粉 末 粒 子 向 基 体 的 渗透 ， 这 就 说 明 了 附 着 强 度 高 ， 有 物 理 接 触 和 金 属 链 形 成 。因 而 气 动 喷 涂 法
37、不 但 可 用 于 成 型 ， 还 可 用 来 将 按 普 通 方 法 制 造 的 翅 片 固 定 在 换 热器 管 子 的 表 面 上 ， 也 可 用 来 对 普 通 翅 片 的 底 面 进 行 补 充 加 固 。 可 以 预 计 ， 气 动 喷 涂 法在 紧 凑 高 效 换 热 器 的 生 产 中 ， 将 会 得 到 广 泛 应 用 。二 、 螺 旋 折 流 板 换 热 器在 管 壳 式 换 热 器 中 ， 壳 程 通 常 是 一 个 薄 弱 环 节 。 通 常 普 通 的 弓 形 折 流 板 能 造 成 曲折 的 流 道 系 统 （ z字 形 流 道 ） ， 这 样 会 导 致 较 大
38、的 死 角 和 相 对 高 的 返 混 。 而 这 些 死 角又 能 造 成 壳 程 结 垢 加 剧 ， 对 传 热 效 率 不 利 。 返 混 也 能 使 平 均 温 差 失 真 和 缩 小 。 其 后 果是 ， 与 活 塞 流 相 比 ， 弓 形 折 流 板 会 降 低 净 传 热 。 优 越 弓 形 折 流 板 管 壳 式 换 热 器 很 难 满足 高 热 效 率 的 要 求 ， 故 常 为 其 他 型 式 的 换 热 器 所 取 代 （ 如 紧 凑 型 板 式 换 热 器 ） 。对 普 通 折 流 板 几 何 形 状 的 改 进 ， 是 发 展 壳 程 的 第 一 步 。 虽 然 引
39、进 了 密 封 条 和 附 加诸 如 偏 转 折 流 板 及 采 取 其 他 措 施 来 改 进 换 热 器 的 性 能 ， 但 普 通 折 流 板 设 计 的 主 要 缺 点依 然 存 在 。- -为 此 ， 美 国 提 出 了 一 种 新 方 案 ， 即 建 议 采 用 螺 旋 状 折 流 板 。 这 种 设 计 的 先 进 性 已为 流 体 动 力 学 研 究 和 传 热 试 验 结 果 所 证 实 ， 此 设 计 已 获 得 专 利 权 。 此 种 结 构 克 服 了 普通 折 流 板 的 主 要 缺 点 。螺 旋 折 流 板 的 设 计 原 理 很 简 单 ： 将 圆 截 面 的 特
40、 制 板 安 装 在 “ 拟 螺 旋 折 流 系 统 ”中 ， 每 块 折 流 板 占 换 热 器 壳 程 中 横 剖 面 的 四 分 之 一 ， 其 倾 角 朝 向 换 热 器 的 轴 线 ， 即 与换 热 器 轴 线 保 持 一 倾 斜 度 。 相 邻 折 流 板 的 周 边 相 接 ， 与 外 圆 处 成 连 续 螺 旋 状 。 折 流 板的 轴 向 重 叠 ， 如 欲 缩 小 支 持 管 子 的 跨 度 ， 也 可 得 到 双 螺 旋 设 计 。螺 旋 折 流 板 结 构 可 满 足 相 对 宽 的 工 艺 条 件 。 此 种 设 计 具 有 很 大 的 灵 活 性 ， 可 针 对不
41、同 操 作 条 件 ， 选 取 最 佳 的 螺 旋 角 ； 可 分 别 情 况 选 用 重 叠 折 流 板 或 是 双 螺 旋 折 流 板 结构 。三 、 新 型 麻 花 管 换 热 器Alares公 司 开 发 了 一 种 扁 管 换 热 器 ， 通 常 称 为 麻 花 管 换 热 器 。 美 国 休 斯 顿 的 布 朗公 司 做 了 改 进 。 螺 旋 扁 管 的 制 造 过 程 包 括 了 “ 压 扁 ” 与 “ 热 扭 ” 两 个 工 序 。 改 进 后 的麻 花 管 换 热 器 同 传 统 的 管 壳 式 换 热 器 一 样 简 单 ， 但 有 许 多 激 动 人 心 的 进 步 ，
42、 它 获 得 了如 下 的 技 术 经 济 效 益 ： 改 进 了 传 热 ， 减 少 了 结 垢 ， 真 正 的 逆 流 ， 降 低 了 成 本 ， 无 振 动 ，节 省 了 空 间 ， 无 折 流 元 件 。由 于 管 子 结 构 独 特 使 管 程 与 壳 程 同 时 处 于 螺 旋 运 动 ， 促 进 了 湍 流 程 度 。 该 换 热 器总 传 热 系 数 较 常 规 换 热 器 高 40%， 而 压 力 降 几 乎 相 等 。 组 装 换 热 器 时 也 可 采 用 螺 旋 扁管 与 光 管 混 合 方 式 。该 换 热 器 严 格 按 照 ASME标 准 制 造 。 凡 是 用
43、管 壳 式 换 热 器 和 传 统 装 置 之 处 均 可用 此 种 换 热 器 取 代 。 它 能 获 得 普 通 管 壳 式 换 热 器 和 板 框 式 传 热 设 备 所 获 得 的 最 佳 值 。估 计 在 化 工 、 石 油 化 工 行 业 中 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。四 、 非 钎 焊 绕 丝 筋 管 螺 旋 管 式 换 热 器在 管 子 上 缠 绕 金 属 丝 作 为 筋 条 （ 翅 片 ） 的 螺 旋 管 式 换 热 器 ， 一 般 都 是 采 用 焊 接 方法 将 金 属 丝 固 定 在 管 子 上 。 但 这 种 方 法 对 整 个 设 备 的 质 量 有 一
44、 系 列 的 影 响 ， 因 为 钎 焊法 必 将 从 换 热 中 “ 扣 除 ” 很 大 一 部 分 管 子 和 金 属 丝 的 表 面 。 更 重 要 的 是 ， 由 于 焊 料 迅速 老 化 和 破 碎 会 造 成 机 器 和 设 备 堵 塞 ， 随 之 提 前 报 损 。俄 罗 斯 推 荐 一 种 新 方 法 制 造 绕 丝 筋 管 ， 即 借 助 在 管 子 上 缠 绕 和 拉 紧 金 属 丝 时 产 生的 机 械 接 触 来 固 定 筋 条 。 采 用 此 法 能 促 进 得 到 钎 焊 时 的 连 续 特 性 （ 即 将 金 属 丝 可 靠 地- -固 定 在 管 子 上 ， 而
45、 管 子 的 截 面 又 不 过 分 压 紧 ） ， 故 对 于 金 属 丝 仅 用 做 隔 断 时 ， 可 以 认为 是 较 钎 焊 更 受 欢 迎 的 方 法 。 但 若 利 用 金 属 丝 作 为 筋 条 （ 翅 片 ） 以 增 加 换 热 面 积 时 ，只 有 当 非 钎 焊 筋 条 的 有 效 传 热 面 不 小 于 钎 焊 连 接 时 ， 才 应 更 偏 重 于 此 方 法 。试 验 表 明 ， 当 金 属 丝 与 管 子 为 线 性 接 触 时 ， 有 效 传 热 面 最 大 ， 但 此 时 金 属 丝 会 沿管 子 滑 动 。 所 以 关 键 是 要 选 取 最 佳 的 接 触
46、 宽 度 ， 也 就 是 绕 丝 时 管 子 变 形 留 下 的 痕 迹 的宽 度 。 这 样 ， 非 钎 焊 时 的 有 效 传 热 面 要 比 钎 焊 时 大 。该 换 热 器 推 荐 用 于 氦 技 术 和 冷 却 工 艺 。五 、 主 要 研 究 内 容 、 需 重 点 研 究 的 关 键 问 题 及 解 决 思 路1、 毕 业 设 计 应 完 成 的 主 要 内 容（ 1） 换 热 器 的 发 展 概 况（ 2） 总 体 参 数 设 计 计 算（ 3） 传 热 学 计 算（ 4） 有 限 元 分 析（ 5） 结 构 的 三 维 设 计（ 6） 换 热 器 的 工 程 图 设 计2、
47、毕 业 设 计 的 目 标 及 具 体 要 求换 热 器 的 三 维 图工 程 图 ： 总 装 配 图 ， 部 件 装 备 图 各 一 张 ； 零 件 图 3张3、 需 重 点 研 究 的 关 键 问 题 及 解 决 思 路关 键 问 题 ： 换 热 器 总 体 设 计 计 算 及 工 程 图 的 设 计 绘 制 ；解 决 思 路 ： 借 助 相 关 的 换 热 器 设 计 手 册 及 计 算 机 辅 助 设 计 软 件 进 行 设 计 计 算 及 绘图六 、 完 成 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 所 必 须 具 备 的 工 作 条 件 （ 如 工 具 书 、 计 算 机辅 助 设 计 、
48、某 类 市 场 调 研 、 实 验 设 备 和 实 验 环 境 条 件 等 ） 及 解 决 的 办 法为 完 成 本 毕 业 设 计 ， 将 运 用 在 校 学 习 的 工 程 制 图 ， 力 学 ， 材 料 学 ， 过 程 装 备 设 计及 计 算 机 等 相 关 知 识 ， 结 合 在 生 产 实 习 等 实 践 教 学 中 ， 学 习 的 换 热 器 及 零 部 件 的 加 工制 造 和 装 配 知 识 ， 以 及 学 习 的 有 关 换 热 器 的 设 计 知 识 ， 通 过 对 各 种 技 术 资 料 的 收 集 调研 ， 分 析 计 算 ， 设 计 绘 图 的 实 践 ， 学 习
49、掌 握 由 原 理 方 案 的 设 想 ， 转 化 为 结 构 的 设 计 思- -路 及 设 计 方 法 。 熟 练 掌 握 各 方 面 的 知 识 。计 算 机 辅 助 设 计 软 件 ：SW6-1998v6.0 、 AutoCAD2004 、 Solidworks 、 ANSYS、 MSoffice等 软 件工 具 书 ：化 工 英 汉 词 典 、 化 工 设 计 手 册GB150-1998钢 制 压 力 容 器 、 GB151-1999管 壳 式 换 热 器七 、 工 作 的 主 要 阶 段 、 进 度 与 时 间 安 排预 计 用 20周 完 成 毕 业 论 文 ， 具 体 时 间 安 排 如 下 ：第 1周 ： 选 题 及 联 系 导 师 ， 确 定 毕 业 设 计 任 务 书 ；第 2周 ： 查 找 资 料 ， 编 写 开 题 报 告 及 英 文 翻 译 ；第 3周 ： 与 老 师 商 讨 ， 确 定 开 题 报 告 ；第 4周 ： 根 据 论 文 题 目 进 一 步 查 找 材 料 ；第 5周 ： 完 成 论 文 大 纲 交 老 师 批 阅 ；第 6 11周 ： 依
