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(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(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(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(shù)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(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]-化工設備與管道 2008(5)【13】高學農(nóng).鄒華春.王端陽.陸應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(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，該公司在計算機應用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)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(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(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設備，根據(jù)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(nèi) 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(nèi)容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設計3）換熱計算4）結(jié)構(gòu)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(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(shù)一直處于國際領先技術(shù)，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(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(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 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(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的設計知識，通過科學的組織調(diào)研，計算分析，設計，繪圖，從而把方案設想轉(zhuǎn)化為設計思路及方法，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