畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 名 稱 螺旋板式換熱器的設(shè)計 院 （系） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 指 導 教 師 輔 導 教 師 開題報告日期 年 4 月 19 日 螺 旋 板 式 換 熱 器 的 設(shè) 計1 畢 業(yè) 論 文 題 目 來 源生產(chǎn)實踐2 畢 業(yè) 論 文 選 題 目 的 和 意 義管殼式換熱器是石油、化工、輕工、食品、冶金及動力等工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的節(jié)能設(shè)備。相對水- 水管殼式換熱器而言，一般殼程流體流速較低，換熱熱阻較大，因此增強殼程換熱效果顯得尤為重要。近年來，人們采用各種各樣的管束支撐結(jié)構(gòu)來改變殼程流體的流動形態(tài)，以求增強殼程換熱。其中螺旋折流板支撐結(jié)構(gòu)以其高效傳熱、低流阻的特點得到了人們的廣泛關(guān)注。螺旋流換熱器是一種利用流體的渦旋流動來強化殼程傳熱的換熱設(shè)備。渦旋流動是流體沿一定螺旋角方向的曲線運動，因而是一種以較少能量克服流動阻力的運動方式，在換熱器中采用螺旋折流板結(jié)構(gòu)時，可使殼程流場與溫度場實現(xiàn)協(xié)同而獲得較高的強化傳熱效果。換熱設(shè)備按照其功能可命名，如冷凝器、蒸發(fā)器、再熱器、過熱器等，按換熱部件的特點可分為：管殼式換熱器、翅片管式換熱器、板式換熱器（包括板片式換熱器和板翅式換熱器）。對于各型換熱器的強化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對各部件的參數(shù)優(yōu)化研究兩方面，而對換熱器部件參數(shù)的主要研究對象就是換熱管（板）排列方式（順排或叉排）、換熱管（板）排數(shù)、換熱管（板）間距大小、肋片布置間距、肋片形狀等。通常的研究方法包括：數(shù)值模擬計算、實驗方法研究、理論研究三類 本文通過設(shè)計一種合理結(jié)構(gòu)的螺旋換熱器，可以大大提高換熱效率，節(jié)省能耗，因此，具有明顯的經(jīng)濟效益。是一種高效的換熱元件，廣泛應(yīng)用于各種換熱設(shè)備中，不僅可以強化傳熱，而且可以減少流動阻力，熱效率比較高。3 閱 讀 的 主 要 參 考 文 獻 及 資 料 名 稱【1】郭丙然．最優(yōu)化技術(shù)在電廠熱力工程中的應(yīng)用[M]．北京：水利電力出版社，1986．【2】馬重芳，顧維藻& 強化傳熱［M］( 北京科學出版社)【3】張敏.唐曉初螺旋扭曲橢圓扁管的數(shù)值模擬[期刊論文]-制冷空調(diào)與電力機械 2011(1)【4】金曉明.高磊.張瑩瑩.王娜.王旭光無折流板扭曲扁管熱交換器傳熱與流阻特性試驗研究[期刊論文]-石油化工設(shè)備 2011(1)【5】鮑偉.馬虎根.張希忠流體在螺旋管內(nèi)對流換熱和壓降性能的數(shù)值模擬[期刊論文]-上海理工大學學報 2011(1)【6】于洋.朱冬生.曾力丁.鄒靜扭曲管強化傳熱性能實驗研究[期刊論文]-化學工程 2011(2)【7】楊勝.張頌.張莉.徐宏螺旋扁管強化傳熱技術(shù)研究進展[期刊論文]-冶金能源 2010(3)【8】劉慶亮.朱冬生.楊蕾螺旋扭曲扁管換熱器的研究進展與工業(yè)應(yīng)用[期刊論文]-流體機械 2010(3)【9】馬程華扭曲片管強化傳熱技術(shù)在SRT-Ⅳ型裂解爐上的應(yīng)用試驗[期刊論文]-中外能源 2010(10)【10】楊勝.張莉.徐宏.趙力偉螺旋扁管管外蒸汽冷凝雙側(cè)強化傳熱試驗研究[期刊論文]-低溫與超導 2010(10)【11】羅朝陽管殼式換熱器強化傳熱技術(shù)的研究與進展[期刊論文]-化學工程與裝備 2010(10)【12】金弋螺旋隔板換熱器研究進展[期刊論文]-化肥設(shè)計 2009(2)【13】李安軍.邢桂菊.周麗雯換熱器強化傳熱技術(shù)的研究進展[期刊論文]-冶金能源 2008(1)【13】劉敏珊.宮本希.董其伍.Dong Qiwu 螺旋扁管的換熱性能研究[期刊論文]-石油機械 2008(2)【14】劉乾.劉陽子管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)綜述[期刊論文]-化工設(shè)備與管道 2008(5)【13】高學農(nóng).鄒華春.王端陽.陸應(yīng)生高扭曲比螺旋扁管的管內(nèi)傳熱及流阻性能[期刊論文]-華南理工大學學報（自然科學版） 2008(11)【14】李安軍.邢桂菊.周麗雯換熱器各種管束支撐的結(jié)構(gòu)與傳熱性能[期刊論文]-化工設(shè)備與管道 2008(2)【15】卿德藩.鄒家柱螺旋扁管在油冷卻器中的污垢特性實驗研究[期刊論文]-電站系統(tǒng)工程 2008(2)【16】卿德藩.段小林.劉尹紅扭曲扁管在蒸發(fā)器中的運行特性實驗研究[期刊論文]-化學工程 2008(7)【17】高鵬.王晨.桑芝富螺旋扁管換熱器溫度串級模糊控制試驗研究[期刊論文]-石油機械 2008(11)【18】卿德藩.鄒家柱螺旋扁管冷凝器強化傳熱評價與應(yīng)用[期刊論文]-流體機械 2007(1) 【19】lncropera and de Witt, Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley ed., (1990).【20】J. F. Durastanti, Mod61isation d'un systhme thermique complexe: la centrale THEK 2, Th~sede doctorat de l'Universit6 de Provence, (1985).【21】Zienkiewicz and Morgan, Finite elements and approximation, Wiley ed., (1983).【22】Sedriks, A.J.: Stress corrosion cracking of stainless steels. In:Stress corrosion cracking. ASM, Materials Park (1992)【23】 1.V. Ya. Gal'tsov and V. M. Korotaev，Author'sCertificateNo.370444,Otkrytiya,Izobreteniya,Promyshiennye Obraztsy,Tovarnye Znaki, No. 11 (2006).4 國 內(nèi) 外 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 趨 勢 與 研 究 的 主 攻 方 向 美國傳熱研究（Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，是1962年發(fā)起組建的一個國際性、非贏利的合作研究機構(gòu)，會員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計的豐富經(jīng)驗，在傳熱機理、兩相流、振動、污垢、模擬及測試技術(shù)方面作出了巨大貢獻。近年來，該公司在計算機應(yīng)用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計軟件計算精度準確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟性能。目前國內(nèi)有近20家成為HTRI會員。英國傳熱及流體服務(wù)中心（Heat Transfer andFluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國原子能管理局。該中心有會員數(shù)百家，長期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大特點是與各大學和企業(yè)合作，進行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計算上更精確，開發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機計算軟件備受歡迎，國內(nèi)有30多家企業(yè)成為會員。我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成了系列。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽機裝置中的航天火箭上的冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。他的主要功能是保證工藝過程對戒指所要求的待定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器即可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器等，也可是工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換熱的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。5 主 要 研 究 內(nèi) 容 、 需 重 點 研 究 的 關(guān) 鍵 問 題 及 解 決 路 5.1 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設(shè)計3）換熱計算4）結(jié)構(gòu)設(shè)計5）換熱性能預測及分析6）殼體的有限元分析5.2 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)知的研究方向5.2.1 物性模擬研究換熱器傳熱與流體流動計算的準確性，取決于物性模擬的準確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來源于實驗室實際工況的模擬，這恰恰是與實際工況差別的體現(xiàn)。實驗室模擬實際工況很復雜，準確性主要體現(xiàn)與實際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復雜。為此，要求物性模擬在實驗手段上更加先進，測試的準確率更高。從而使換熱器計算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表換熱器的經(jīng)濟技術(shù)水平。5.2.2 分析設(shè)計的研究分析設(shè)計是近代發(fā)展的一門新興學科，美國 ANSYS 軟件技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先技術(shù)，通過分析設(shè)計可以得到流體的流動分布場，也可以將溫度場模擬出來，這無疑給流路分析法技術(shù)帶來發(fā)展，同時也給常規(guī)強度計算帶來更準確、更便捷的手段。在超常規(guī)強度計算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結(jié)果能更方便、快捷、準確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計算機應(yīng)用的發(fā)展，將帶來技術(shù)水平的飛躍。將會逐步取代強度試驗，擺脫實驗室繁重的勞動強度。5.2.3 大型化及能耗研究換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過 5m，傳熱面積將達到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來越受歡迎。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷器將得到發(fā)展，振動損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠的換熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量輕發(fā)展。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的 50％以下。5.2.4 強化技術(shù)研究各種新型、高效換熱器逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場動力效應(yīng)強化傳熱技術(shù)、添加物強化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場動力傳熱技術(shù)將會在新的世紀得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器、微尺度換熱器、微通道換熱器、流化床換熱器、新能源換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其它領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。5.2.5 新材料研究材料將朝著強度高、制造工藝簡單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價格的下降，鈦、鉭、鋯等稀有金屬使用量將擴大，CrMo 鋼材料將實現(xiàn)不預熱和后熱的方向發(fā)展。5.2.6 控制結(jié)垢及腐蝕的研究國內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是 20 世紀 60～70 年代從國外照搬而來。四十年來，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會受到國家的重視和投入。通過對污垢形成的機理、生長速度、影響因素的研究，預測污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對傳熱效率的提高將帶來重大的突破。保證裝置低能耗、長周期運行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。腐蝕技術(shù)的研究將會有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學防腐技術(shù)成為主導。 6 完 成 畢 業(yè) 設(shè) 計 所 必 備 的 工 作 條 件 及 解 決 辦 法 6.1 完成畢業(yè)設(shè)計所需的工作條件： 復習大學四年所學的有關(guān)力學和過程裝備及計算機等專業(yè)知識，學習有關(guān)換熱器及其各個零件的加工、制造和裝配知識，結(jié)合三次生產(chǎn)實習及實踐和市場考察，充分了解與換熱器有關(guān)的設(shè)計知識，通過科學的組織調(diào)研，計算分析，設(shè)計，繪圖，從而把方案設(shè)想轉(zhuǎn)化為設(shè)計思路及方法，可以加工為產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。6.2 工具書與計算機輔助設(shè)計軟件： 化工設(shè)計手冊和化工漢英詞典、AutoCAD2007 Solidworks ANSYS 等等計算機輔助軟件。七 、 工 作 的 主 要 階 段 、 進 度 與 時 間 安 排第一周 3 月 15-21 日 選題，定畢業(yè)設(shè)計第二周 3 月 22-28 日 查找資料，外文翻譯第三周 4 月 1-18 日 寫開題報告第四周 4 月 19-26 日 撰寫開題報告找老師修改第五周 4 月 27-30 日 螺旋換熱器的設(shè)計第六周 5 月 1-6 日 螺旋換熱器的設(shè)計第七周 5 月 7-14 日 螺旋換熱器的設(shè)計第八周 5 月 15-20 日 學習相關(guān)軟件第九周 5 月 21-25 日 做出設(shè)計方案第十周 5 月 26-30 日 繪制零件圖與裝備圖第十一周 6 月 1-5 日 撰寫畢業(yè)論文并修改第十二周 寫畢業(yè)論文及修改審查八 、 指 導 教 師 審 查 意 見