学号： 常 州 大 学 毕 业 设计 （论文 ） （ 2008 届） 题 目 55000 Nm3 h 烟气热量回收板式换热器 学 生 王玉龙 学 院 怀德学院 专业班级 装备 081 校内指导教师 张锁龙 专业技术职务 （宋体 四号 粗体） 校外指导老师 （宋体 四号 粗体）专业技术职务 （宋体 四号 粗体） 二○一二年五月 3 55000 Nm h 烟气热量回收板式换热器 摘 要 板式换热器的传热性能与版面的波纹形状、 尺寸及版面组合方式都有密切关系。 对 于任何一种新型结构尺寸板片的传热及阻力特性， 都只有通过实验计算测定。 对于无相 变传热，多数制造商都能提供关联式：对于相变传热，绝大多数的产品，尚不能提供相 关的关联式。 板式换热器是一种高效紧凑的换热设备， 它的应用几乎涉及到所有的工业领域， 而 且其类型、结构和使用范围还在不断发展．近年来，焊接型板式换热器的紧凑性，重量 轻、换热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识，因此人们纷纷对板式换 热器内流动状态和换热机理展开研究。 随着 CFD(Computational Fluid Dynamics)技术发展 日趋成熟，使对流体内部温度场、压力场以及速度场的分布研究变得可行，鉴于此，本 文应用 CFD软件对人字形波纹板式换热器进行数值模拟， 在此基础上又进行了实验研究 及实验数据与数值模拟的对比分析。 基于简化模型的计算结果难以准确描述换热器内完整的流体流动和换热特性。为 此，本文建立与人字形波纹板片完全相同的， 含分配区和传热区冷热双流道换热的计算 模型，用计算流体力学软件 Fluent6．3，数值模拟 4 组不同名义波纹高度下流体的流 动和换热情况。 分析流道内速度场和温度场发现， 进口分配区对流体流动分布和换热都 有显著影响， 还将流体在流道内的流动情况详细描述。 两侧流体的压降和进出口温差的 计算值与实验值的误差小于 6％，较准确地反映了换热器内整体的流动和换热特性， 可 直接用于研究板式换热器的性能，具有一定的工程实际意义。 关键词 ：板式换热器；热力计算；分析；数值模拟；传热性能；流道状recent years,copper brazing plate heat exchangerwith compact in size,light in weight,good heat transfer performance,and low operating cost advantageshas increasingly been recognized.People also beginthe research of fluid flow and heat transfer in plate heat exchangers.With the development of CFD(Computational Fluid Dynamics)technology,we Call obtain the temperature,pressure and velocity vectors distribution of internal fluid.In this thesis,theauthor usescommercial CFD software to simulate chevron corrugated plate heat exchangers. Simulation results based onthe simplified model are difficult to predict hydrodynamics and thermal characteristics of plate heat exchanger accurately.Therefore,a model of the accurate size of actual chevron—ng CFD software FLUENT 6.3,the pressuredrop and heat transfer coefficient for cross-corrugated plateheat exchangers atfour different inlet velocities were investigated.By analyzing the simulation results of velocity and temperature fields,the structure of distribution area of inlet and outlet has significant influence on overall hydrodynamics and heat transfer performance0f PHEs.The flow patterns in two channels were described in detail.The simulation results of pressuredrop and temperature difference between the inlet and outlet were compared with the exponential data,which shows a less than 6% error. From the simulation results,the hydrodynamics and thermal characteristics of chevron-type plate heat exchangers was properly reproduced and this method is feasible alternative of physical performance test of PHEs,which is of some practical significance. KEY WORDS: Plate heat exchangers;Heat calculate;Analysis;Numerical simulation; Fluid flow;Heat transfer. II 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 术 语 表 IV 1. 设计任务书 1 2. 换热器与换热器设计概述 3 2.1 板式换热器的简介 3 2.1.1 板式换热器的概述 3 2.1.2 国内外研究现状和发展趋势 4 2.1.3 板式换热器的优点 5 2.1.4 板式换热器的缺点 6 2.1.5 板式换热器的基本结构 6 2.1.6 板式换热器的应用场合 7 2.2 板式换热器常见故障 8 2.3 原因分析及处理方法 8 2.4 板式换热器综述 11 2.5 性能特点 11 2.6 产品选用要点 12 2.7 施工、安装要点 12 2.8 执行标准 13 3. 板式换热器的结构设计与强度校核 14 3.1 设计的工艺条件 14 3.2 设计计算 14 3.3 法兰的选择 19 3.4 保温层的设计 21 3.5 重量计算 22 3.6 吊耳支座及框架强度校核 22 3.7 焊接 23 3.8 无损检测 24 3.9 压力容器耐压试验及气密性检测 24 3.10 压力试验检验报告 26 3.11 工程造价 26 4. 板式换热器安装、使用、维修、保养 28 5. 总结 30 参 考 文 献 31 致 谢 32 III 术 语 表 符号 名称 单位 A 面积 ㎡ b 板片宽 m c 比热容 J/(kg.K) D 直径 m f 摩擦系数 F 力 N G 重量 N 2 g 重力加速度 m / s h 高度 mm 2 K 总传热系数 W / ( m .K ) 3 L 流量 Nm / h V 法兰间流速 m/s m 质量 ㎏ n 板片数 p 压力 Pa Q 传热量 J/s r 半径 m s 板片厚 mm T 热力学温度 K t2 空气温度 ℃ t1 烟气温度 ℃ Dt 对数平均温差 ℃ v 流速 m/s l 导热系数 W/(m.K) 温差修正系数 板间距 mm 正应力 MPa 剪应力 MPa 密度 kg / m 3 IV 常州大学本科生毕业设计（论文） 1. 设计任务书 一、 毕业设计（论文）题目 3 55000 Nmh 烟气热量回收板式换热器 二、毕业设计（论文）依据及参数 3 烟气参数：工作温度为进口 250℃，出口温度为 ？℃；其中流量为 55316Nm/h ； 3 废气参数：工作温度为进口 60 ℃，出口温度为 174℃，其中流量为 55283Nm/h 。 三、毕业设计（论文）目标及内容 1 、根据给定工艺参数确定设计参数，如设计温度、设计压力、换热面积等。 2 、进行设备的结构论述、设备材料的选择与确定及尺寸的计算与设计等。 3 、完成与课题密切相关的一篇英文资料的翻译 （数量按学校毕业设计指导书的 规定）。 4 、根据所学过的相关知识进行设备的工艺计算。 5 、学习相关的设计规定、标准，并依照其内容进行强度计算、设备的结构尺寸 的确定、撰写技术要求等。 6 、按现行的国家规范、标准进行施工图绘制（ A0手工图 1张及 CAD图1张， A1CAD图2-3 张）。 7 、按学校给定毕业设计指导书的要求完成毕业设计说明书（含中英文摘要） 。 8 、对本设计进行评述， 最终掌握此类设备设计的整个步骤、 内容和相关的要求。 四、课题所涉及主要参考资料 1、国家标准： GB150-1998 《钢制压力容器》及 GB16409-1996 《板式换热器》 2、TSG R004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》 3、《化工工艺设计手册》 4、JB/T4700-2000 《压力容器法兰》 5、HG/T20592-2009 《钢制管法兰、垫片、紧固件》 6、JB/T4725-1997 《钢制焊接常压容器》 7、现行化工设备及压力容器用零部件手册 五、进度安排 周 次 工 作 内 容 检 查 方 式 1~2 课题介绍、查阅文献、学习标准规 网上提交翻译电子稿， 按毕业设计 第 1 页 共 32 页 常州大学本科生毕业设计（论文） 范、翻译外文资料、编写文献综述 规范排版 网上提交前期工作材料电子稿， 按 3~4 熟悉课题，初定方案 毕业设计规范排版 网上提交设计结果 5~7 设备工艺、强度计算 指导教师现场检查 8 画草图构思 网上提交实习报告 9 参观实习 指导教师现场检查 10~11 完成画草图 12~14 画 CAD装配图，零部件图 网上提交 CAD图 15~16 编写设计说明书 网上提交说明书 17 完成设计、准备答辩 PPT 指导教师审查 完成答辩并针对答辩 提交答辩材料，包括：撰写规范的 18 中出现的问题进行修改 毕业设计说明书电子版、纸质版 六、毕业设计 （论文）时间 2012 年 1 月 4 日 ~ 2012 年 6 月 16 日 七、本毕业设计（论文）必须完成的内容 1．调查研究、查阅文献和搜集资料。 2 ．阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于 2万印刷字符，约 合5000汉字）。 3．撰写文献综述，确定设计方案。 4 ．工艺计算；结构和强度设计计算；材料的选择；计算机程序软件等。 5．撰写毕业设计说明书。 6 ．绘制图纸（总装配图、部件图、零件图） 。 八、备注 本任务书一式三份，学院、教师、学生各执一份。 第 2 页 共 32 页 常州大学本科生毕业设计（论文） 2. 换热器与换热器设计概述 2.1 板式换热器的简介 1878 年德国人发明了板片式换热器，现都通常称之为板式换热器，它经过了 50余 年的发展，至 20世纪 30年代，由薄金属板片压制的板片组装而成的板式换热器问世，并 将该换热器应用于工业中， 显示出了优异的性能， 从此就迅速地得到了广泛的推广应用， 成为紧凑、高效的换热设备之。