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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