列管换热器优化设计举例

         列管换热器优化设计举例

 要求将某种物性和空气相近的加压气体由90℃冷却到40℃。已知气体的流率为3kg/s，以进口温度为20℃的冷却水作为冷却介质，试根据下述条件设计一列管换热器。

1．换热流程和有关规定

（1）冷却水走壳程，壳程装有弓形折流板；

（2）气体走管程，气体压力取为10⁶Pa；

（3）管子外径mm，内径mm，管子中心距mm，等边三角形排列；

  （4）气侧污垢热阻 m²·℃/kW，水侧污垢热阻m²·℃/kW，管壁导热系数kW/（m·℃）。

2．经济参数

  （1）拟用浮头式换热器，换热器的回归系数分别为 、，换热器的压力校正系数、材质校正系数；

  （2）换热器的使用年限为8年，相应的年折旧率 ；

  （3）冷却水费用（不包括动力费）为 元/kg，电费为0.5元/（kW·h）；

  （4）换热器年工作时间为7200h/a。

3．流体的物性数据

  （1）根据气体的定性温度 ℃，查得空气（因为该气体物性与空气相近）的kW/（m·℃），kJ/(kg·℃),Pa·s，根据气体的定性温度和压力可确定kg/m³；

  （2）水的出口温度在优化计算过程是变化的，因而水的定性温度 也是不断变化的。编程时可根据水的定性温度按以下各式求水的物性：

    中  ——水的定性温度，,℃；

       ——水的密度，kg/m³；

        ——水的比热，kJ/(kg·℃)；

       ——水的导热系数，kW/（m·℃）；

       ——水的粘度，Pa·s。

根据优化设计的数学模型，采用复合形法求解。分别按单管程(逆流换热)和双管程（1-2折流换热）两种情况进行优化设计。