换热器工艺设计大学—实战系列课程连载(Wiseboy/程惠亭教授 主讲)

yee 发表于 2014-4-23 10:59
老师，最近有个问题，我们做高压管壳式的换热器内件（10-20MPa），习惯用的是圆缺型的折流板，管壳流速在6左 ...

理论上可以，不过你要就提计算一下传热和流体力学（压力降），和工艺要求匹配。另外，你的“管壳流速在6左右”，壳程是气体吗？

十五课：蒸汽冷凝换热器工艺设计——冷凝膜系数的误差及对总K的影响
一、理论
我们之所以要分析冷凝膜系数的误差及对总K的影响，是因为冷凝膜系数的关联式太多了，同一个工况，不同公式的计算冷凝膜系数有时候相差很大，甚至差倍，这使得许多人感到无所适从。那么，它对总K的影响有多大？
我们考察它的影响。为了讨论方便，我们作如下简化：
1.只讨论管外冷凝膜系数αs；
2.不考虑管内膜系数αt、管内热阻ri和管壁阻力（b/λ）从di到do的矫正；
Wiseboy误差公式推导如下（这需要微积分基础）：

式中：ERR(αs)——冷凝膜系数αs的计算误差；
         ERR(K)——αs计算误差引起的K的误差。
这是数学分析得到的无名的误差估算公式。之所以说是“无名的”，是因为我在这里是首次公开。
（千万别再到处自豪地说：我学的数学都没有用处——数学是科学的工具。）

二、理论应用
现在就误差公式展开讨论。
1）如果K比较大，比如说：K=2000 W/m2.C。αs两个公式计算的分别是：
40000 W/（m2.C）和30000 W/（m2.C），那么：
平均αs=（40000+30000）/2=35000 （m2.C）
ERR(αs)=（40000-30000）/35000=0.2857=28.57 %
ERR(K)=（2000/35000)X0.2857  =0.01633=1.633 %
这就是说：两个公式计算的αs相差28.57 %，但它引起的K只差了1.633 %
2）如果K比较小（污垢比较大时就是这样），比如说：K=500 W/m2.C。αs两个公式计算的分别是：
40000 W/（m2.C）和30000 W/（m2.C），那么：
平均αs=（40000+30000）/2=35000 （m2.C）
ERR(αs)=（40000-30000）/35000=0.2857=28.57 %
ERR(K)=（500/35000)X0.2857  =0.004081=0.4081 %
这就是说：两个公式计算的αs相差28.57 %，但它引起的K只差了0.4081 %
3）如果K比较小（污垢比较大时就是这样），比如说：K=500 W/m2.C。αs也很小。两个公式计算的分别是：
4000 W/（m2.C）和3000 W/（m2.C），那么：
平均αs=（4000+3000）/2=3500 （m2.C）
ERR(αs)=（4000-3000）/3500=0.2857=28.57 %
ERR(K)=（500/3500)X0.2857  =0.04081=4.081 %
这就是说：两个公式计算的αs相差28.57 %，但它引起的K只差了4.081 %
。。。。。。
你还可以做一些计算比较。总之，我们有如下结论：
在蒸汽冷凝换热中，不同公式计算的冷凝膜系数相差很大，但它对总K的影响并不大。特别是有污垢存在时，影响更小。
这个结论使得手算者在估算冷凝膜系数时候，有一些安慰。
如上原则性结论是公认的，并非wiseboy发明，但是在换热器大师开发时，Wiseboy把这个结论量化了——推导出了Wise误差计算公式，这个误差估算公式是Wiseboy首次给出的。换热器大师的许多处理和“简化”，都有类似的、严谨的理论支撑。
联想：为什么那么多人热衷研究冷凝膜系数，并且还宣称它的研究结果误差不大？你懂了吧？

li7459359 发表于 2014-4-26 14:47
学习一下，有没有比较通俗的实例教程，谢谢楼主！！！

你要“科普”级别的东西，就不是干实活者的事了——那是领导要学习的东西。我这教程，可能是最通俗的了。

li7459359 发表于 2014-4-27 13:24
不是要科普的东西，是比如，客户给个，相关的设计参数，就要你弄个图纸什么的！

你说的是什么参数，直接去“弄个图纸什么的”。你举个例子。

yqzls1 发表于 2014-5-24 20:49
有无可以下载的？？？

即兴随笔，并无底稿可以下载。

cgp188 发表于 2014-5-29 09:40
好像不应该是一个氮气层的传热膜吧！我的理解应该还是水蒸气与氮气的组成逐步变化的扩散膜才对，否则的话 ...

你说的完全正确。但是理论机理变成可用的模型比较困难，一般地都是用实验关联。
实际的膜厚要比这个大很多，正如你说其中是混合了蒸汽。现在只是把整个膜的阻力
“集中到一个纯氮气膜”中，这是一种“当量氮气膜厚度”或者叫“等效氮气膜厚度”。
“当量、等效、拟合”，这是科学上常用的方法。

事实上，你正在用“膜”，你靠着“膜”工作：管子内部的热阻是遍布的，可是为什么叫
“管内膜系数”？就是把管子内部的热阻集中到一个“膜”中。这个膜的厚度也可以简单
用膜系数计算出来。壳也是如此，流体力学中，到处都是膜假设。你一直用膜系数，你却
提出这个问题，不知道你上学到现在，思考过这个膜系数没有？

yxqiang119 发表于 2014-6-15 11:24
楼主能讲一下震动分析么

振动分析十分繁琐，学习这个你要有心理准备。

sunny2013 发表于 2014-6-20 10:17
请教一下，做冷凝计算时的壁温 刚开始假定时 是否可以把管内的平均温度和管外的平均温度平均一下假定为壁 ...

你这办法是可行的，最优的估算方法真的还没有。

AV大久保 发表于 2014-6-20 14:58
EDR文件里，输入的参数还有这些：
     管程：甲醇的操作压力是36.8bar，污垢热阻为0.0003 m2*k/W
  ...

壳程无折流板，压降、传热膜系数更好算。
1。按换热管排列方式，计算出当量直径de；
2。按流通面积：A=0.785(D²-nd_o²)算出壳程流速。
然后按管程一样的算法计算压降和传热。

AV大久保 发表于 2014-6-20 16:27
谢谢LZ，我小白一个，挺笨的，还是没弄明白。
    计算当量直径我明白了。
    这个公式不太明白，您 ...

“......△P1是流体横过管束的压降......”——你没有折流板，还“横”什么啊？流体是“顺”着管子外壁流动的。你说的你那些都是有“折流板”的，切莫混淆。没有折流板，一切都easy了，和管内算法一样。
A_s=(3.14/4)X(D²-nd_o²)，是壳程通道空隙，即流通面积。壳程流速：
u_s=V_s/A_s.
接下来，和管内算法一摸一样的。
算出压价后，压降再乘以F；而传热膜系数无需矫正。
特别提示：
    你说的“F是结构矫正系数”，是错误的。应当是“F是结垢矫正系数”
    或者“F是污垢矫正系数”。这个错误源于不假思索的转抄，已经流传
    多年了，就是纠正不过来。这导致了学术上的混乱和误导，害人不浅
     ——因为“结构矫正”毫无道理，让多少有脑子的人费解。

AV大久保 发表于 2014-6-20 16:52
谢谢LZ，这一点我还真没注意过，，我也是按照手册和化工原理上看到的写下来的。
    继续不耻下问 ...

结垢矫正系数=污垢矫正系数，一回事。污垢是“结”出来的垢。语义上：污垢和结垢等价。

chenwusky 发表于 2014-7-14 12:39
我是一个菜鸟，看到WISEBOY的资料的确很受教诲，非常感谢大师的指导。
只是我有一点疑问，在海川这个交流技 ...

你想听也没有机会了听了。

gry419 发表于 2014-8-8 13:28
您的第一帖中蒸馏水与锅炉热水物性数据如何在换热器大师中查询？我在试用版中没找到

试用版中有啊！

fbym2008 发表于 2014-8-13 14:17
可否求教一下：180℃的水、氯离子含量200mg/L 可采用什么样的不锈钢材料。什么标准或资料中具有相应规定。  ...

标准没有规定。不锈钢都不合适。
建议选用：1.钛材；2.哈氏合金。

0208101 发表于 2014-8-14 15:54
版主你好，你在计算过程中的换热管用的是光管还是翅片管呢？如果是光管，那翅片管应当怎么计算呢？

这课程讲的是光管。翅片管公式不同，我本人计算光管、翅片管，都用换热器大师软件。