【壳管式换热器尺寸计算】 壳管式换热器是一种常见的热交换设备,它由壳体、管束、折流板等部分组成。在本示例中,我们讨论的是一个带有七带折流板的逆流壳管换热器的尺寸计算。这种类型的换热器通常用于提高壳侧流体的传热效率,通过设置折流板来改变流体流动路径,增加湍流,从而增强传热。 我们要确定一些关键参数。在这个例子中,热侧(管侧)的水进入温度为100°C,离开时温度降低到80°C,而冷侧(壳侧)的水则从20°C加热到70°C。热负荷预计为350kW。换热器包含53根内径16mm、壁厚1mm的管子,管壁的热导率为40 W/mK。壳侧的对流传热系数设定为1500 W/m²K。假设管侧流体流动均匀,因此Peclet数(Pe_h)无穷大。考虑到折流板的影响,折流板间距设为0.5m。 计算过程中,我们需要计算热交换器的管长。为了做到这一点,我们首先要了解一些热传递的基本概念,如热容量、热导率和粘度。在本例中,我们利用`water_properties`函数获取在平均温度下的水的等压热容量、热导率和粘度。这些参数对于计算传热速率和对流传热系数至关重要。 然后,我们计算普朗特数(Pr_h),这是衡量流体对流传热能力的一个重要参数,等于流体的粘度乘以其等压热容量除以热导率。接着,我们计算管壁的热传导热阻(R_w_i),这是每单位内表面积的管壁热阻,以m²K/W为单位。 最重要的计算之一是对数平均温差(logarithmic mean temperature difference, LMTD),它表示在换热器中实际发生的温度差异的平均值,用来确定热量转移的效率。在本例中,我们用以下公式计算LMTD: delta_t_LM = ((t_h_in - t_c_out) - (t_h_out - t_c_in)) / log((t_h_in - t_c_out) / (t_h_out - t_c_in)) 我们可以通过热负荷(Q)、壳侧对流传热系数(alpha_c)、管壁热阻(R_w_i)和LMTD来计算管长(L): L = (Q * 1000 * 1000) / (alpha_c * N_tube * pi * (d_o^2 - d_i^2) / 4 * delta_t_LM) 其中,pi代表圆周率,d_o和d_i分别代表管子的外径和内径,单位转换成米。 需要注意的是,这个计算假设了一些理想条件,实际应用中可能需要考虑更多的因素,如流体的物性变化、压力损失、垢层热阻等。此外,折流板的设计和布置方式也会影响换热效率,实际设计时应根据工程经验和专门的计算软件进行优化。
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