螺旋折流板換熱器開題報告

1、<p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告</p><p><b>　　概述以及設(shè)計目的</b></p><p>　　折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動滯死區(qū)、易結(jié)垢、傳熱的平均溫差小、振動條件下易失效等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采

2、用的折流板，一般由若干個1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時，流體處于近似螺旋流動狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%～30%，在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。雖然非連續(xù)螺旋折流板的加工技術(shù)比較成熟，在石化行業(yè)也已得到推廣應(yīng)用，但仍存在諸多不足之處。例如，扇形板連接處成非光滑的銳角過渡，對軸向運動的流體存在反壓，流體通

3、過時的突然轉(zhuǎn)向會造成能量損失，在螺旋角較大時能耗更嚴(yán)重；相鄰兩片扇形板空間對接時，必須附加角接板才能填補縫隙，既費工又廢料，又增大了流體的阻力。相比之下，具有理想螺旋曲面的連續(xù)型螺旋折流板有著更好的傳熱與流動特性，但在實際應(yīng)用時必須首先解決其加工難題。</p><p>　　螺旋折流板換熱器的提出基于這樣一種思想：通過改變殼側(cè)折流板的布置，使殼側(cè)流體呈連續(xù)的螺旋狀流動。因此，理想的折流板布置應(yīng)該為連續(xù)的螺旋曲面。但

4、是，螺旋曲面加工困難，而且換熱管與折流板的配 合也較難實現(xiàn)?？紤]到加工上的方便，采用一系列的扇形平面板(稱之為螺旋折流板)替代曲面相間連接，在殼側(cè)形成近似螺旋面，使殼側(cè)流體產(chǎn)生近似連續(xù)螺旋狀流動。一般來說，出于加工方面的考慮，一個螺距取 2～4 塊折流板，相鄰折流板之間有連續(xù)搭接和交錯搭接兩方式，按流道又可分為單螺旋和雙螺旋兩種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　本次設(shè)計的螺旋折流板式換熱器是我之前學(xué)習(xí)所沒有接觸過的，在

5、傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)知識上面添加了一些新的元素，使得設(shè)計更具色彩性，同時主線沒有改變，依然是列管式換熱器。在設(shè)計過程中，一方面可以復(fù)習(xí)和鞏固之前學(xué)習(xí)的知識，另外又可以拓展思維，查閱資料以擴(kuò)展知識面，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目的。</p><p>　　螺旋折流板式換熱器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　渦旋或螺旋流動一直是強化傳熱的有效手段, 從殼側(cè)流體由縱向或蛇形橫向流動方向

6、改變?yōu)槁菪隣盍鲃拥慕嵌犬a(chǎn)生了螺旋折流板換熱器的構(gòu)想,但由于連續(xù)螺旋曲面的加工及安裝難度很大, 20世紀(jì) 八、九十年代捷克科學(xué)家發(fā)明了非連續(xù)的1/4螺旋形折流板換熱器,采用一系列1/4扇形折流平板來代替螺旋曲面。此項技術(shù)后被美國AB 公司買斷，后又轉(zhuǎn)讓給CB& I公司,據(jù)ABB Lum musHeat transfer公司公布,自1994~2007年3月 該公司共完成349個項目,共計1350臺(套)螺旋折流板換熱器的設(shè)計和制造。

7、我國大慶石油化工機械廠等單位也參與了應(yīng)用ABB公司技術(shù)的部分制造和應(yīng)用實踐。其他另有一些單位則選擇自主開發(fā),近幾年也得到了一些發(fā)展。 </p><p>　　不少研究者采用數(shù)值模擬和實驗研究手段,對螺旋折流板換熱器與弓形折流板換熱器進(jìn)行對比。結(jié)果表明,螺旋折流板換熱器的單位壓降的換熱系數(shù)性能要優(yōu)于弓形折流板換熱器,并大致確定性能最佳時的螺旋角或傾斜角為40度左右。</p><p>　　在1/

8、4螺旋折流板換熱器問世后的近20年里, 未見有國內(nèi)外同行就1/4螺旋折流板方案不適合正三角形排列布管之事進(jìn)行質(zhì)疑,幾乎無人考慮布管方式與折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)聯(lián)。針對以上問題,陳亞平提出了三分螺旋折流板換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示,并申請了國家發(fā)明專利。 三分螺旋折流板換熱器除秉承了1/4螺旋折流板換熱器的諸多優(yōu)勢外,還特別適合于正三角形布管方案,且可減少折流板零件。該項創(chuàng)新將使原先很難大規(guī)模應(yīng)用的螺旋折流板式換熱器具有了普及應(yīng)用的可能。 &l

9、t;/p><p>　　三、設(shè)計研究技術(shù)路線和目標(biāo)</p><p><b>　　1設(shè)計研究技術(shù)路線</b></p><p>　　首先查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解螺旋折流板式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用，在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、設(shè)計的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義，對螺旋折流板式換熱器設(shè)計有一個大體上的認(rèn)識和理解。</p>

10、<p>　　然后確定螺旋折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)和類型、操作條件的選擇和操作方式選擇。對換熱器進(jìn)行熱量衡算、物料衡算、傳熱面積的確定、壓力降計算等，確定各結(jié)構(gòu)部件所需參數(shù)，并對各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行合理安排，確定換熱器的基本構(gòu)成。</p><p>　　緊接著進(jìn)行換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺栓、墊片附件的校核計算，管板厚度的計算，開孔補強計算，確定出換熱器的最終形式。</p>&

11、lt;p>　　最后，利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書。</p><p><b>　　2目標(biāo)</b></p><p>　　查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成換熱器的工藝計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核。努力提高換熱器的換熱效率。在設(shè)計過程中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，并大膽創(chuàng)新，獲得更多關(guān)于換熱器的知識，無論為今后的工作還是現(xiàn)在的學(xué)習(xí)都能奠定一定

12、的基礎(chǔ)。</p><p>　　四、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題</p><p><b>　　1研究內(nèi)容</b></p><p><b>　　第一部分：準(zhǔn)備工作</b></p><p>　　查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解浮頭式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、設(shè)計

13、的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義。</p><p>　　第二部分：工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)和類型、操作條件的選擇和操作方式選擇。熱流量計算、傳熱系數(shù)計算、傳熱面積的確定、殼程阻力及壓力降計算。</p><p>　　第三部分：主要受壓元件強度計算</p><p>　　換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺

14、栓、墊片的校核計算，管板厚度的計算，開孔補強計算。</p><p>　　第四部分：計算機繪圖及說明書的編寫</p><p>　　利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書，并完成英文資料翻譯的編寫。</p><p><b>　　2 關(guān)鍵問題</b></p><p>　　換熱器性能關(guān)鍵在

15、于換熱器的換熱效率。所以在本設(shè)計中，關(guān)鍵在于如何布置列管以及如何進(jìn)行螺旋折流板的設(shè)計和放置。以求更好的換熱效果，盡可能的去參考國內(nèi)外最新的研究進(jìn)展。</p><p>　　五、計劃安排和預(yù)期成果</p><p><b>　　1計劃安排</b></p><p><b>　　2 預(yù)期成果</b></p><p

16、>　　設(shè)計出滿足工藝條件的換熱器設(shè)計；</p><p>　　用計算機繪出不少于3張零號圖紙的設(shè)計圖；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 馬江權(quán)等.化工原理課程設(shè)計.中國石化出版社.</p><p>　　[2] 錢頌文等.換熱器設(shè)計手冊.化學(xué)工藝出版社.</p>