畢業(yè)設計(論文)任務書學院（系）機械工程學院 專業(yè)過程裝備與控制工程 班級 學 生 姓 名 指導教師/職稱 1. 畢業(yè)設計(論文) 題目：螺旋板式換熱器的設計2.畢業(yè)設計（論文）起止時間： 年 3 月 日～ 年 6 月 日3.畢業(yè)設計(論文) 所需資料及原始數據（指導教師選定部分）畢業(yè)設計所需資料：錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002史美中,王中錚.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，1989潘國昌,郭慶豐.化工設備設計[M].北京：清華大學出版社，1996尾花英朗著,徐忠權譯.熱交換器設計手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982原始數據：設計要求：換熱器換熱面積為 20 平方米;介質 溫度(℃) 工作壓力（MPa ）貧油 180 165粗苯 富油進口90出口1401粗苯產量3．畢業(yè)設計(論文) 應完成的主要內容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設計3）換熱計算4）結構設計5）換熱性能預測及分析6）殼體的有限元分析4．畢業(yè)設計(論文) 的目標及具體要求畢業(yè)設計文說明書：字數不少于 1.2 萬字或 1.2 萬字篇幅的內容；翻譯：與研究課題有關的譯文不少于 3 千漢字（或 2 萬印刷字符的外文原文的翻譯） ；閱讀與研究課題相關的有代表性的參考文獻資料 15 篇以上。繪圖要求：（1）總裝圖 1 張， （2）零件圖 2 張（3）實體圖6、完成畢業(yè)設計(論文)所需的條件及上機時數要求AutoCAD、Aspen Plus、Ansys上機 200 小時。任 務 書 批 準 日 期 年 3 月 日 教 研 室 (系 )主 任 (簽 字 ) 任 務 書 下 達 日 期 年 3 月 日 指 導 教 師 (簽 字 ) 完 成 任 務 日 期 年 月 日 學生（簽名） 畢業(yè)設計開題報告題 目 名 稱 螺旋板式換熱器的設計 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 計1 畢 業(yè) 論 文 題 目 來 源生產實踐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)部門廣泛應用的節(jié)能設備。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構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構以其高效傳熱、低流阻的特點得到了人們的廣泛關注。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構時，可使殼程流場與溫度場實現協(xié)同而獲得較高的強化傳熱效果。換熱設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的研究，主要集中在對換熱器內流體流態(tài)變化以及對各部件的參數優(yōu)化研究兩方面，而對換熱器部件參數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、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：數值模擬計算、實驗方法研究、理論研究三類 本文通過設計一種合理結構的螺旋換熱器，可以大大提高換熱效率，節(jié)省能耗，因此，具有明顯的經濟效益。是一種高效的換熱元件，廣泛應用于各種換熱設備中，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)化技術在電廠熱力工程中的應用[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值模擬[期刊論文]-制冷空調與電力機械 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]-石油化工設備 2011(1)【5】鮑偉.馬虎根.張希忠流體在螺旋管內對流換熱和壓降性能的數值模擬[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在SRT-Ⅳ型裂解爐上的應用試驗[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]-化肥設計 2009(2)【13】李安軍.邢桂菊.周麗雯換熱器強化傳熱技術的研究進展[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)能技術綜述[期刊論文]-化工設備與管道 2008(5)【13】高學農.鄒華春.王端陽.陸應生高扭曲比螺旋扁管的管內傳熱及流阻性能[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構與傳熱性能[期刊論文]-化工設備與管道 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 外 現 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，會員數百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設計的豐富經驗，在傳熱機理、兩相流、振動、污垢、模擬及測試技術方面作出了巨大貢獻。近年來，該公司在計算機應用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網絡優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設計軟件計算精度準確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術經濟性能。目前國內有近20家成為HTRI會員。英國傳熱及流體服務中心（Heat Transfer andFluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國原子能管理局。該中心有會員數百家，長期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經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，國內有30多家企業(yè)成為會員。我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。換熱器的應用廣泛，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備之一。換熱器即可是一種單元設備，如加熱器、冷卻器等，也可是工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的換熱器。換熱器是化工生產中重要的單元設備，根據統(tǒng)計，熱交換熱的噸位約占整個工藝設備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。5 主 要 研 究 內 容 、 需 重 點 研 究 的 關 鍵 問 題 及 解 決 路 5.1 畢業(yè)設計(論文)應完成的主要內容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設計3）換熱計算4）結構設計5）換熱性能預測及分析6）殼體的有限元分析5.2 畢業(yè)設計(論文)應知的研究方向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。實驗室模擬實際工況很復雜，準確性主要體現與實際工況的差別。純組分介質的物性數據基本上準確，但油氣組成物的數據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濟技術水平。5.2.2 分析設計的研究分析設計是近代發(fā)展的一門新興學科，美國 ANSYS 軟件技術一直處于國際領先技術，通過分析設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，可模擬出應力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結果能更方便、快捷、準確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術隨著計算機應用的發(fā)展，將帶來技術水平的飛躍。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、可靠的換熱器結構將朝著結構簡單、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取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的 50％以下。5.2.4 強化技術研究各種新型、高效換熱器逐步取代現有常規(guī)產品。電場動力效應強化傳熱技術、添加物強化沸騰傳熱技術、通入惰性氣體強化傳熱技術、滴狀冷凝技術、微生物傳熱技術、磁場動力傳熱技術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)領域及其它領域得到研究和應用。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 鋼材料將實現不預熱和后熱的方向發(fā)展。5.2.6 控制結垢及腐蝕的研究國內污垢數據基本上是 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，超聲防垢技術將得到大力發(fā)展。腐蝕技術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將得到發(fā)展，電化學防腐技術成為主導。 6 完 成 畢 業(yè) 設 計 所 必 備 的 工 作 條 件 及 解 決 辦 法 6.1 完成畢業(yè)設計所需的工作條件： 復習大學四年所學的有關力學和過程裝備及計算機等專業(yè)知識，學習有關換熱器及其各個零件的加工、制造和裝配知識，結合三次生產實習及實踐和市場考察，充分了解與換熱器有關的設計知識，通過科學的組織調研，計算分析，設計，繪圖，從而把方案設想轉化為設計思路及方法，可以加工為產業(yè)產品。6.2 工具書與計算機輔助設計軟件： 化工設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 螺旋換熱器的設計第六周 5 月 1-6 日 螺旋換熱器的設計第七周 5 月 7-14 日 螺旋換熱器的設計第八周 5 月 15-20 日 學習相關軟件第九周 5 月 21-25 日 做出設計方案第十周 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I畢業(yè)設計(論文)任務書學院（系） 機械工程學院 專業(yè)過程裝備與控制工程 班級 學 生 姓 名 指導教師/職稱 1． 畢業(yè)設計(論文)題目：螺旋板式換熱器的設計2．畢業(yè)設計（論文）起止時間：3 月 20 日～年 6 月 13 日3．畢業(yè)設計(論文) 所需資料及原始數據（指導教師選定部分）畢業(yè)設計所需資料：（1）錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002（2）史美中,王中錚.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社，1989（3）潘國昌,郭慶豐.化工設備設計[M].北京：清華大學出版社，1996（4）尾花英朗著,徐忠權譯.熱交換器設計手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982原始數據：設計要求：換熱器換熱面積為 20 平方米;介質 溫度(℃) 工作壓力（MPa）貧油 180 165粗苯 富油進口90出口1401粗苯產量 8.25 噸/每天4．畢業(yè)設計(論文) 應完成的主要內容II1）換熱器發(fā)展概述2）方案設計3）換熱計算4）結構設計5）換熱性能預測及分析6）殼體的有限元分析5．畢業(yè)設計(論文) 的目標及具體要求畢業(yè)設計文說明書：字數不少于 1.2 萬字或 1.2 萬字篇幅的內容；翻譯：與研究課題有關的譯文不少于 3 千漢字（或 2 萬印刷字符的外文原文的翻譯） ；閱讀與研究課題相關的有代表性的參考文獻資料 15 篇以上。繪圖要求：（1）總裝圖 1 張， （2）零件圖 4 張（3）實體圖6、完成畢業(yè)設計(論文)所需的條件及上機時數要求AutoCAD、Aspen Plus、Ansys 上機 200 小時。任 務 書 批 準 日 期 年 3 月 20 日 教 研 室 (系 )主 任 (簽 字 ) 任 務 書 下 達 日 期 年 3 月 28 日 指 導 教 師 (簽 字 ) 完 成 任 務 日 期 年 月 日 學生（簽名） III畢業(yè)設計開題報告 題 目 名 稱 螺旋換熱器的設計 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 4螺旋換熱器的設計學生： 機械工程學院（過程裝備與控制工程） 指導老師： 機械工程學院1 題目來源題目來源于生產實際。2 研究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)部門廣泛應用的節(jié)能設備。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構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構以其高效傳熱、低流阻的特點得到了人們的廣泛關注。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構時，可使殼程流場與溫度場實現協(xié)同而獲得較高的強化傳熱效果。換熱設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的研究，主要集中在對換熱器內流體流態(tài)變化以及對各部件的參數優(yōu)化研究兩方面，而對換熱器部件參數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、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：數值模擬計算、實驗方法研究、理論研究三類 本文通過設計一種合理結構的螺旋換熱器，可以大大提高換熱效率，節(jié)省能耗，因此，具有明顯的經濟效益。是一種高效的換熱元件，廣泛應用于各種換熱設備中，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)化技術在電廠熱力工程中的應用[M]．北京：水利電力5出版社，1986．【2】馬重芳，顧維藻c)overall capability of the spiral channel with ellipitic pin fins of the spiral channel with cube-shaped and diamond-shaped pin fins is lower than that of circular pin fins with the same arrangement way .As a result ,overall capability of heat transfer and flow of the speral plate heat exchjanger with elliptic pin fins superior to that of circular pin fins,and the overall 17capability number k of a/b=2.0~2.5 ellipitic pin fins spiral channel is the highest.[Key Words] spiral plate heat exchanger , heat transfer enhancement , pin fins ,dropping pressure the simulationcal numercal'答辯稿,主講人：,,指導老師：,螺旋板式換熱器的設計,研究課題的意義與前景,研究課題的意義螺旋板式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備。 采用螺旋板式結構，可使殼程流場與溫度場實現協(xié)同而獲得較高的強化傳熱效果。 可大大提高換熱效率，節(jié)省能耗，還可以強化傳熱，而且能減少流動阻力，熱效率比較高。,研究課題的意義與前景,研究課題的前景目前，螺旋板式換熱器是能源工程項目中使用最為廣泛的換熱器結構形式，其屬于螺旋換熱器的一種。板式換熱器的特點是：換熱器結構牢靠，使用可靠；歷史悠久，制造使用的各技術環(huán)節(jié)已達到成熟；適應性較高，使用范圍大。,研究課題的意義與前景,研究課題的前景面對能源危機，在工程節(jié)能中高效節(jié)能設備的研發(fā)是重要途徑，如新式換熱設備的研發(fā)開發(fā)。換熱器可以根據工藝過程的要求來對介質進行溫度和熱量控制，同是還能對余熱、廢熱進行行之有效的回收利用甚至再生產，因此換熱器在相當范圍內的工業(yè)部門成為廣泛使用的工藝設備。,研究課題的任務目標,一、確定設計方案本文確定的換熱器是可拆式螺旋板換熱器?？刹鹗铰菪鍝Q熱器由外殼、螺旋體、進出口管及端蓋墊片密封結構等四大部分組成。螺旋體用兩張平行的鋼板卷制而成，具有兩個彼此隔絕的供介質流動的矩形截面通道（如圖所示）。,研究課題的任務目標,一、確定設計方案螺旋板結構是，它的一個通道兩端全焊死，另一通道的兩端全部敞開，兩端面密封采用端蓋加墊片的可拆結構稱為Ⅲ型（如圖所示），僅單一通道能進行機械清洗。,研究課題的任務目標,一、確定設計方案介質在螺旋板式換熱器內的流動形式主要有三種：（1）兩側流體均呈螺旋形流動，熱流體由換熱器中心進入從里向外流動，冷流體則由螺旋板換熱器的周邊向里流動，如圖a所示；（2）一側流體在全焊死通道做螺旋形流動，另一側流體則穿越敞開通道呈軸向流動，型換熱器即采用該種流動形式，見圖4b；（3）一側流體呈螺旋形流動，另一側流體是軸向流和螺旋流的組合見圖c，常用于冷凝器和蒸發(fā)器。,研究課題的任務目標,一、確定設計方案通常在卷制前，會預先在鋼板上接觸焊若干定距柱，以使通道間隙沿螺旋長度方向保持不變這些定距柱一般成正方形或者三角形排列，且隨著半徑增大其間距減小，一可確保螺旋體具有足夠剛度。為保證螺旋板兩側流體之間因短路造成內漏，螺旋通道端部必須進行密封，一般采用端蓋墊片密封結構（如圖所示）。,研究課題的任務目標,一、確定設計方案預想設計的實體圖如下,研究課題的任務目標,二、結構分析1、密封結構分析：密封結構好壞，直接影響到螺旋板換熱器能否正常運轉。即使微小內泄漏使冷熱流體相混，也會導致傳熱不能正常進行，因此端面密封結構的設計對螺旋板換熱器來說是一個至關重要的問題。為保證螺旋板兩側流體之間因短路造成內漏，螺旋通道端部必須進行密封，采用封頭墊片密封結構（如下圖示）。,研究課題的任務目標,二、結構分析為保證螺旋板兩側流體之間因短路造成內漏，螺旋通道端部必須進行密封，采用封頭墊片密封結構。封頭通過焊接法蘭，螺栓等于外殼和螺旋板相連，螺旋通道采用墊入鋼條焊接密封。為了提高可拆式螺旋板換熱器的耐壓能力和密封性能，開發(fā)了如下圖所示的橢圓形端蓋結構，它將介質與大氣之間的外密封和螺旋通道間介質的內密封分開解決。,研究課題的任務目標,二、結構分析橢圓形封頭、筒體法蘭和墊片起著防止介質向大氣泄漏的作用，密封板則起著防止各圈螺旋通道內介質短路的作用。密封板外邊緣通過法蘭墊片壓緊，設計時要保證密封板面比筒體法蘭密封面低0.2mm左右，以免影響螺栓強度。對于可拆式螺旋板換熱器，為保證密封板與螺旋端面的緊密貼合，需要在橢圓形端蓋內中心部分焊接一定直徑的鋼管，鋼管另一端焊有壓環(huán)，壓環(huán)與密封板間有一比法蘭密封面低的壓環(huán)墊片，這樣運行過程密封板中心會受到鋼管的壓力，密封更可靠。（如圖）,研究課題的任務目標,二、結構分析2、外殼結構分析：螺旋板換熱器的外殼是承受內壓或外壓的部件，為了提高外殼的承壓能力,往往采用增加最外圈螺旋板厚度的方法。為了改善外殼與螺旋板的連接結構，提高外殼的承壓能力，設計了由兩半圓環(huán)組合焊接而成的圓筒作為螺旋板式換熱器的外殼，具體如圖所示。其中的關鍵零件是連接板，它一首先與螺旋體末端對接焊接，然后再與兩半圓外殼焊接，有效避免了角焊縫的存在，提高了可拆式螺旋板換熱器的結構可靠性。,研究課題的任務目標,二、結構分析2、外殼結構分析：螺旋板換熱器的外殼是承受內壓或外壓的部件，為了提高外殼的承壓能力,往往采用增加最外圈螺旋板厚度的方法。為了改善外殼與螺旋板的連接結構，提高外殼的承壓能力，設計了由兩半圓環(huán)組合焊接而成的圓筒作為螺旋板式換熱器的外殼，具體如圖6所示。其中的關鍵零件是連接板，它一首先與螺旋體末端對接焊接，然后再與兩半圓外殼焊接，有效避免了角焊縫的存在，提高了可拆式螺旋板換熱器的結構可靠性。 下圖為螺旋板換熱器的側向接管型式,研究課題的任務目標,,研究成果,實體圖,研究成果,爆炸截圖,研究成果,裝配體爆炸運動圖,設計感想,通過本次畢業(yè)設計，使我對對旋板式換熱器有了充足的了解。提高了我對做此類任務的能力，加強了我作圖能力，以及對各有關軟件的應用能力。在完成任務過程中讓我體會了到發(fā)現問題并試圖解決問題的樂趣，在多次與老師和同學們的交流中讓我感受到了團結、友情、互助的力量，是我在這次任務中成長，在其中得到了一句箴言----堅持就是勝利！,,謝謝觀賞！,,一 個 具 有 新 的 傳 熱 特 性 的 螺 旋 翅 片 管 換 熱 器摘要 在本研究中，熱傳遞特性在干燥的表面上的一個新的在不同的熱條件下?lián)Q熱器器，即一個螺旋翅片管換熱器器。實驗研究，SHI 實驗段，這是一個螺旋處以管式的換熱器，由一個外殼和一個螺旋線圈單元。螺旋線圈單元由四個同心螺旋盤繞管不同的直徑組成，每一個通過彎曲管構成成螺旋線圈的直銅管。鋁壓接螺旋翅片厚度為 0.5mm，外徑管周長 28.25 毫米。在鰭的邊緣內徑波紋。周圍的空氣被用作而熱水用于工作流體在殼側管側，完成測試運行的空氣質量流率介于 0.04 和 0.13 千克/秒。水流量率范圍是0.2％和 0.4 千克/秒。是在 40℃和 50℃之間的水溫條件的影響兩個工作流體流過的熱熱交換器的傳熱系數進行的研究。在長期的空氣的傳熱系數考爾 j 數目成正比于入口水溫和水的質量流率。該熱交換器為提高水的質量流量往往會增加流速，也稍微增加而增加入口水的溫度。 標志目錄A 區(qū)域( )2mCp 比熱[kJ/(公斤 K)]D 管直徑(m)D 曲度的直徑(m)Dc 卷的直徑(m)f 摩擦因子F 修正系數G 量流量[公斤(m2 s)]H 傳熱系數[與(m2 K)]I 焓(kJ/kg)Io 修改過的貝賽爾第一種類的作用解答，定義 第一種類的 0 種I1 修改過的貝賽爾作用解答，定義 第二種類的 1 種J Colburn j 因素 Ko 修改過的貝賽爾作用解答，定義 第二種類的 0種K1 修改過的貝賽爾作用解答，定義 第二種類的 1 種K 導熱性[與(m K)]L 管長度(m)M 質量流率(kg/s)螺線卷(m) Pr Prandtl 數字Q 熱傳遞率(w)R 管的半徑(m)Nu Nusselt數字 P 瀝青關于雷諾數T 溫度( C)U 總傳熱系數[與(m2 K)]V 平均速度(m/s)D 厚度(m)G 飛翅有效率是整體表面有效率L 動力粘度(Pa s)q 密度(kg/m3)e 有效率Subscriptsa 空氣ave 平均b 基本的c 螺線卷f 飛翅I 里面In 在入口l 平均溫差LM 日志平均溫差Max 最大值min 極小值o 外部out 出口wall 墻壁表面t T 形管tot 共計w 水1 介紹由于高溫傳遞系數和更小的空間需要在幾種熱傳遞應用和平直的管相比，彎曲的管是最用途廣泛的管。一支螺線卷起的管是用于產業(yè)品種的其中一個彎曲管的知名最廣的類型。對螺線卷起的管的分析和實驗性地學習與應用如Dravid 等。[1]在層流熱傳遞數字上調查了次要流程的作用在螺旋管在充分廣闊的區(qū)域和在熱量入口區(qū)域,被預言的結果是在他們重疊的范圍確認了從實驗獲得的那些重要參數如 Patankar 等。 [2]在開放在摩擦因子和熱傳遞認識到其數字和螺管的發(fā)展中的作用。從實驗獲得的溫度為軸向地一致的熱流事例以演算得到的一個等溫模型。在以上提到的模型，扭力的作用和 Prandtl 數字未被考慮到。如楊和 Ebadian 等[3]在一個短的圓剖面螺旋管以 k-e 模型分析充分發(fā)生動蕩對換熱流與有限瀝青面積的關系。結果在橫斷面上表示，當卷的瀝青增加了，橫截面內的溫度分布是不對稱的。在層流的情況下，增加普朗特數會減少扭轉的了熱傳遞。此外，我們發(fā)現其間距隨著流量的增加，將增強熱流傳熱效果。后來，林和 Ebadian [4]采用標準 k-E 模型研究三維湍流發(fā)展對流換熱螺旋管道有限間距，曲率比和雷諾數的影響的有效熱導率和溫度場，局部和平均努塞爾數進行了研究討論。從模型得到的結果分別為在現有的實驗數據吻合良好。如鑫等人[5]實驗研究了單相和二相流的壓降在環(huán)形螺旋管道。郭等人[6]進行實驗研究蒸了汽 - 水的振蕩在一個均勻的二相流螺旋加熱管。研究表明，重力振蕩邊界上有一個小的影響。他們也提出了新的方法來消除壓力下降的振蕩。菊等人[7]彎曲半徑小螺旋盤管。公式推導單相流結構的雷諾數，和獲得了單相和二相流的摩擦系數。阿里[8]提出的壓降相關性流體流經定期螺旋盤管。廣義壓降中相關的歐拉數，雷諾數和幾何組。趙等人[9]研究了壓力降和沸騰傳熱特性的水蒸汽兩相流在小型臥式螺旋連續(xù)油管蒸汽發(fā)生器。研究表明，兩者成核機理和連接機構重要的強制對流沸騰傳熱在小螺旋盤繞管的全方位系數。庫馬爾和 Nigam [10]介紹了一種新設備在離心力的作用下，通過改變反轉螺旋管的方向。得到流場和溫度等數據，其特征在于使用計算流體動力學軟件。結果從本研究獲得的可用于模擬彎管發(fā)生的流體流動。Rennie 和 Raghavan [11]進行了雙重管子螺旋線熱轉換器的一項實驗性研究。Parallelflow 與.Nusselt 進行了逆流程配置設備中得到的數據相比較比較.Cioncolini 和 Santini [12]在螺線管實驗學習從層流與湍流。用不同的卷直徑比與管直徑相比較,相互作用從中獲得的摩擦因子被分析。Cui[13]提出了R134a 的熱傳遞交互作用在煮沸在流程期間有螺線管討論。Wongwises 和Polsongkram [14]在光滑的螺線卷起的同心管在在蒸發(fā)期間的管熱轉換器里面，調查了 HFC- 134a 兩相傳熱系數 和降壓。他們在一支螺旋的同心管也使用同一個實驗性設定揭露熱傳遞和 HFC134a 降壓在管熱轉換器中的影響[15]。結果從當前實驗與從平直的管獲得的那些比較性報告。提出了新的交互作用為蒸發(fā)與結露傳熱系數和降壓在實際中的應用。雖然用一定數量的紙是可以得到的在螺旋管，但是它可以得到，在發(fā)現的理論和實驗性調查中，描述以集中于熱傳遞和流程的研究在一支唯一螺旋面的管或在同心雙重管螺線卷，從殼和螺線被盤繞的管所制造的熱轉換器的熱傳遞和流程的特征。在本研究中，主要關心的是實驗性學習熱傳遞的特征，即螺旋的熱轉換器的一個新型的特征，有鰭管熱轉換器在 drysurface 之下適應。 各種各樣的相關的參量之間的關系被研究探索。在之前從未發(fā)現，現在提出實驗性結果。2 實驗性用具和方法圖 1 顯示實驗性用具的一張概要圖。系統(tǒng)的主要成份包括測試部分、熱水圈、空氣圈和數據收集系統(tǒng)。水和空氣當工作流體使用。測試部分是螺旋的翅片管熱轉換器。在加法對圈組分，在電路上，儀器溫度和所有流體的流速的測量和控制安裝在首要的節(jié)點。打開類似的風洞用于模擬氣流通過熱轉換器。通道為 300 毫米長，直徑為12 m。輸送管墻壁絕緣與 6.4 毫米 thickAeroflex 標準板料制成。 熱轉換器的進入的和退出的氣溫由類似的延伸在氣流的空氣通道里面的 T 銅康銅熱電偶測量。 1 毫米直徑的熱電偶探頭順時針位于在不同的四個位置的同一個橫斷面上，60 cm 逆流熱轉換器入口的四個位置在 50 cm 熱轉換器的出口。閉環(huán)熱水包括一個 0.3 m3 儲存箱，一臺調整控制電壓的電暖氣，絞拌器，并且在儲存箱里面有一支冷卻旋管。R22 作為冷凍劑使用為使水變冷。一臺離心吹風機釋放空氣入通道和通過直挺器，導葉，測試部分，然后被釋放給大氣。直挺器的目的是避免空氣的畸變離心吹風機的速度是由變換器控制的。Fig. 1 實驗性用具 1 張概要圖空氣從管口獲得，流速是一定的。在調整水的溫度達到期望水平之后，熱水抽到儲存箱外面，通過過濾器，流量計，測試部分，然后返回到儲存箱。旁路是通過過量水的循環(huán)使用回到儲水箱達到最低水位的流速實驗。水的流速由一支流量計測量，在 0-10 GPM 的范圍。如所顯示。 2.熱轉換器包括一根鋼毛管和一個螺旋翅片管單位。螺線盤繞單位包括螺旋的有鰭的銅管四卷。每支管通過彎曲一個平直的 9.4 毫米外部直徑的銅管制造的七層螺線卷。每個螺線盤繞直徑分別是 115， 205， 285 和 365 毫米，鋁的飛翅以 0.5 毫米和 28.25 毫米外直徑的厚度在管附近安裝維螺線。飛翅邊緣在內在直徑是波紋狀的。用于本研究的螺旋翅片管為單位的相片顯示在上圖。3.飛翅概要圖也顯示在上圖。4. 每卷的水的入口和出口末端到連接到水平的多頭的用 28.5 毫米外面直徑的管。銅-銅熱電偶安裝在第一，第四和第七層，從最高的層數起記每卷，其中用二對熱電偶測量水溫和墻壁溫度。安裝了熱電偶顯示在如圖位置。2. 水溫是用被在管里面的 1 毫米直徑探針測量的，在水流量的測量亦如此。 熱電偶在一個小孔被焊接的 0.5 毫米深入管墻壁表面，固定與特別膠漿被應用于管材外表面。以這個方法的熱電偶沒有由可變的溫度偏心。熱轉換器的維度在表 1 被列出。在實驗中，整體能量平衡估計所有熱耗或獲取的程度從中圍攏。滿足能量衡的數據適應; |Qw - Qa|/Qave 少于 0.05，用于分析是。變濃熱轉學比例，Qave，空氣的熱傳遞率、Qa 熱傳遞率，Qw 平均熱傳遞率。試驗做了以空氣和熱水測試部分的不同的流速。當空氣流動率，入口熱水溫度都保持恒定時，熱水流速隨的速度增加而增加。使用溫度調解器控制的電暖氣可以調整熱水溫度以達到期望水平。在所有數據被記錄了之前，系統(tǒng)允許接近穩(wěn)定。試驗條件的范圍在這其中測量的研究和不確定值分別在表 2 和 3 被測量。表 1 螺旋翅片管熱轉換器的維度參量 大小外直徑管(毫米) 9.4內直徑管(毫米) 8.6直徑 115.0直徑螺旋卷 2 (毫米) 205.5直徑螺旋卷 3 (毫米) 285.0直徑螺旋卷 4 (毫米) 365.0螺線簧圈節(jié)距(毫米) 16.38殼直徑(毫米) 430卷輪的數字 7螺線卷的數字 4每卷之間的距離(毫米) 42殼的長度(毫米) 355進氣口的孔直徑 (毫米) 298飛翅的每米數值 500飛翅高度(毫米) 18.64飛翅外部直徑(毫米) 28.25飛翅高度(毫米) 2飛翅厚度(毫米) 0.5表 2 試驗條件可變物 范圍入口空氣溫度 四周入口水溫度(k) 313–323 (40–50_C)空氣流量率(kg/s) 0.04–0.13水質量流率(kg/s) 0.20–0.40測量表 3 不確定性儀器 準確性(%) 不確定性(%)管口米(空氣速度 m/s) 2.0 ±0.23 轉子流量計(水質量流率 kg/s) 0.2 ±0.003熱電偶 T 類型， 0.1 ±0.03 數據列表(k) 0.04濕氣發(fā)射機 0.5 ±0.223 數據為了確定熱傳遞典型的熱轉換器從被記錄數據的穩(wěn)定情況在每次測驗運行期間，修正系數對數的方法運用于溫度確定 UA?？梢越o空氣的熱傳遞率那是，空氣流量率是入口空氣的焓，是出口空氣的焓?？梢越o的空氣的熱傳遞率那是水的質量流率，控制點，w 是水，Tw 比熱，并且 Tw，分別為入口和出口水的溫度。用于演算的熱傳遞的總率從空氣邊和海濱平均值空氣邊傳熱系數熱轉換器從整體熱傳遞關系是恒定的那總傳熱系數可以被確定為那對數意味溫度區(qū)別為且 F 是修正系數。管邊傳熱系數，從 Gnielinski semi-empirical 交互作用得到的 Nusselt 數字被評估[16]為。Prandtl 數值，Pr，被評估為可變的溫度，并且被評估為墻壁溫度。因素被介入原始的等式，由 Schmidt [17]考慮到有形的溫度的依賴性。為湍流在螺旋管摩擦因子[18]那是曲度，D 的直徑，與卷直徑 Dc 和高度，P 有關，螺線卷動力粘度，μ，是水在絕對水溫，且動力粘度，是在墻壁溫度。雷諾茲數值計算從那 是水密度， 是水動力粘度， d 是螺線卷(8.6 毫米)的內直徑，且 是平均速度，水的螺線卷。整體表面的有效率， ，被定義為有效熱調動區(qū)域比與變濃熱調動區(qū)域，可以被飛翅有效率 、飛翅表面 總表面積， ，如以下：在 中， 是基本的區(qū)域。飛翅有效率 ρ，取決于提議的方法。[19]如下是從管的中心的到飛翅表面的距離，是從管的中心的到飛翅內側的距離，是第一種類，修改過的貝賽爾作用解答，0，是第一種類，修改過的貝賽爾作用解答，1，是第二種類，修改過的貝賽爾作用解答，0，是第二種類，修改過的貝賽爾作用解答，1，是從 其中 是飛翅厚度和 是飛翅的導熱性。要獲得空氣的傳熱系數， ，一個是解決 。 (4)–(12). 熱轉換器的空氣的傳遞特征如下被提出用 Colburn j 因素如：用于有效率評估螺線卷起的熱轉換器的效果:4 結果和討論圖 5 在顯示水溫和管墻壁溫度在不同的位置在和 在上圖顯示的卷數字，用于辨認被考慮的卷，即卷第 1 和 4 代表，各自最內層的卷和最外層的卷。水和管墻壁溫度被測量在每卷的最高的層數(層數 1)和最低的層數(層數 7)。 熱水進入最最低的層數被分離到每卷，沿每卷流動并且流動在最高的層數(層數 1)?？諝膺M入熱轉換器在殼的上面和中心并且橫跨流動在水軸向地流動在熱轉換器之前在排氣口部分，在熱轉換器的底部。，水溫和管墻壁溫度總高于預計的同一個位置。在熱水流程期間中沿每卷從更低的層數到上層，熱水將逐漸轉移到空氣，導致水和管墻壁溫度減退在上層。圖 6 顯示水溫和管墻壁 在層數每螺線卷、 和 = 0.085 kg/s 為另外入口水溫 42， 。 它能清楚地被看見水溫和管墻壁溫度在每卷增加以在入口水溫的增量。 他們從內在卷逐漸也減少到外面卷。圖 7 顯示水溫和管墻壁溫度在層數每螺線卷 1 的 Tw，在為 0.33， 0.37 kg/s.的水質量流率。應該注意到它，當入口水溫，入口氣溫，空氣流量率是常數，并且管墻壁溫度以最低水位質量流率相比。。圖 5 水溫的變化和管圍住溫度在層數 1 和層數 7 數值圖 6 水溫和管墻壁溫度的變化在層數 1 以卷數為不同的入口水溫度圖 7 水溫和管墻壁溫度的變化在層數 1 以卷數化為水質量流率圖 8 顯示水溫和管墻壁溫度在層數每螺線卷 1 在 Tw，在， 0.071， 0.11 kg/s.的另外空氣流量率。 隨著空氣流量率的增加，水溫和管墻壁溫度傾向于減少。 然而，它能被看見空氣流量率的作用在水溫和管墻壁溫度是非常低的。圖 9 顯示出口氣溫的變化以空氣流量率為 Ta，在為入口水溫 40，45， 。 在具體入口氣溫，入口水溫，澆灌質量流率和結果得到。 8 空氣流量率影響水溫，保持熱傳遞率單程與水邊相等，當增加時空氣流量率是通過減少出口氣溫。所以，它能清楚地被看見為特定水質量流率、入口水溫和入口氣溫，出口氣溫傾向于減少以質量流率。另外，以平靜的空氣質量流率，出口氣溫在更高的入口水溫那橫跨空氣流量率的范圍。圖 10 顯示在出口氣溫和空氣流量率之間 Ta，在= 32 C， Tw，在= 50 C 為 0.21， 0.25， 0.29， 0.33， 0.37 kg/s.的另外的水質量流率。以平靜空氣質量流率，出口氣溫，以水位高質量流率橫跨空氣流量率。當空氣流量率在 Ta，另外入口水溫 40， 45， 50 C.，圖 11 在出口水溫顯示的變化。 在上這個圖顯示的結果對應與那些在數值。 4. 出口水溫傾向于輕微地減少在空氣流量率的增量。圖 8 水的溫度和管壁溫度的變化在第一層線圈數不同的空氣質量流率圖 9 出口空氣的溫度與空氣質量流率的變化針對不同的入口水溫圖 10 出口空氣的溫度與空氣質量流量的變化在不同的水的質量流率圖 11 出口水溫的變化與空氣質量流率在不同的入口水溫圖 12 與空氣質量流量的平均傳熱率的變化在不同的水的質量流率率圖 12 在= 32 C， Tw 顯示平均熱傳遞率被反對空氣流量率 Ta，在= 45 C 為 0.21， 0.25， 0.29， 0.33， 0.37 kg/s.的水質量流率。熱傳遞率與空氣流量率和水質量流率地比例。水質量流率的在熱傳遞率能清楚地看到的更高的空氣流量率。圖 13 管側的傳熱系數與水的變化質量流率不同的入口的水的溫度圖 13 顯示的平均管側的變化傳熱系數計算出來的數據獲得的與水的質量流率在本實驗中各種進水溫度。正如預期的那樣，隨平管側的傳熱系數的增大而增加的水的質量流率。在一個給定的水的質量流率，平均管側的熱傳遞系數較高的高于較低的進口水溫。此外，我們的實驗結果表明，管側傳熱的空氣質量流率的影響系數。圖 14 與空氣的空氣側的傳熱系數的變化質量流率不同的入口的水的溫度圖 15 與空氣的空氣側的傳熱系數的變化得不同的水的質量流率的質量流量圖 14 和 15 示為不同的空氣質量流率的傳熱系數與入口的水的溫度和水的質量流率外端的變化，外側的傳熱系數迅速地增加與空氣的質量流率。入口的水的溫度和水的質量流率，顯示出顯著的作用，對外側的傳熱系數。圖 16，17 和 18 顯示科爾伯恩 j 數與空氣側雷諾茲數?？諝鈧鹊睦字Z數計算，REA = qaVaD 的/拉 QA 為空氣的密度，la 是空氣的動力粘度。兩密度和動態(tài)粘度的基礎上，測得正確的空氣溫度。 D 是入口部分的熱交換器的直徑（D = 0.298 米）。 Va 是流動的空氣的熱量通過入口交換率的平均速度。如圖所示，科爾伯恩 ? 因素隨空氣側的雷諾數的增加水側的雷諾數。從圖中觀察到的水的質量流量和進水溫度有重大影響的特點。從該圖可以看出，由于空氣雷諾數的增加，所有的曲線變得平坦并傾向于接近一個特定的科爾伯恩 j 數。圖 16 科爾伯恩因素變化與空氣側雷諾茲數不同的入口水溫圖 17 科爾伯恩因素的變化與空氣側雷諾茲不同的入口水溫圖 18 科爾伯恩因素變化與空氣側雷諾茲不同的水的質量流率數圖 19 熱交換器的變化與空氣側的有效性雷諾數得到的不同的入口的水的溫度圖 20 熱交換器的變化與空氣側的有效性雷諾數得到的不同的水的質量流率圖 19，20 顯示的空氣側雷諾數的有效性變化。用于估計螺旋換熱器的性能是由式確定。（15）。在本研究中使用，在整個范圍內的水的質量流量和氣團的流速，熱容量率，水（MCP）w 是一般高于空氣（MCP）。因此，熱水的容積率是最低的容量率（MCP）式中的最小值。 （15）?？梢郧宄乜吹?，隨這個數字的有效性降低，而增加空氣側雷諾數。在一個給定的空氣側的雷諾數，較高的進水溫度，水的質量和較高的流速往往導致有效性增加。然而，可以注意到，在一個特定的空氣側雷諾數值，有效性的差異變得相對入口的水的溫度較之升高。5 結論本文介紹了一種新型的熱傳遞換熱器，即一個螺旋翅片管換熱器。熱交換器由四個螺旋盤繞翅片銅管，每一個有七個回合。鋁周圍的銅螺旋卷曲翅片放置管中。相對的有關的實驗條件，給出如下結論：?管側空氣質量流率沒有影響傳熱系數。?入口水溫和水的質量流率顯示出的效果，如輸出側傳熱系數。?科爾伯恩 j 數和效益是成反比，與空氣側雷諾數成比例，而是水的質量流量和進水溫度成正比的。致謝作者 我想表達自己的感謝，為泰國研究基金會（TRF）提供財務支持這項研究。作者希望 Jittaphoom 先生 Inphiban 他們協(xié)助 Panaphot Youngsuk 先生在此工作。參考文獻1. 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