摘 要

冷凝器是一种换热设备，其发展到现在已经工艺上越发成熟。作为一种传热工业设备，提高其传热面积是提高他传热性能的一种手段。设计一种高效的冷凝器，使其具备更高的传热性能，强化传热有很多方法，经过讨论选择螺旋槽管作为换热管可以大大提高效率，所以设计一款使用螺旋槽管的冷凝器。

通过本次设计计算，完成了对目标要求的综合设计工作。主要内容包括了前期的相关文献学习，了解行业的最新资料。初步选定目标产品的相关信息。

设备的工艺计算，查找管程、壳程流体在给定温度下的物性参数。选则了合适的换热器结构，选择合适的外壳结构。相关结构强度的校核。

通过实际中的比较，优化选用了螺旋槽管来替代初始的光滑管。使设备在不改变其设备工艺参数的情况下，大大提升冷凝器的换热效率。影响螺旋槽管换热性能的参数主要包括其螺距，槽深，螺旋升角等。其传热系数为光管的125%，并且基本不改变原结构设计。

经济评价分为冷凝器的经济分析和换热管的经济分析两部分。冷凝器的经济分析主要为其安装费用与其运行费用，具体的收益并没有查到相关资料。换热管的经济分析主要为光滑换热管替换为螺旋槽换热管后，安装更换费用，还有更换后螺旋槽换热管后能够带来的经济收益。

关键词；冷凝器，螺旋槽管，强化传热

Design of spiral tube channel condenser

Abstract

Condenser is a kind of heat exchange equipment, its development has become more and more mature in technology. As a heat transfer industrial equipment, increasing its heat transfer area is a means to improve its heat transfer performance. Design a highly efficient condenser, make its have higher heat transfer performance, there are many ways of strengthening heat transfer, after some discussion choose spiral groove tube as can greatly improve the efficiency of heat exchange tube, so design a use of spiral grooved tube condenser.

Through this design calculation, the comprehensive design of the target requirements has been completed. The main content includes; I studied relevant literature in the early stage and got to know the latest information of the industry. Preliminarily select the relevant information of the target product.

The process of the equipment is calculated to find the physical parameters of pipe and shell flow at a given temperature. The proper heat exchanger structure was selected and the suitable shell structure was selected. Check the strength of related structures.

The parameters influencing the heat transfer performance of spiral grooved pipe mainly include pitch, depth and helix Angle. The heat transfer

The coefficient is 125% and the original structure design is basically unchanged

Economic evaluation is divided into two parts: economic analysis of condenser and economic analysis of heat exchange pipe. The economic analysis of the condenser is mainly about its installation cost and its operation cost. The specific benefits have not been found. The economic analysis of heat exchanger pipe is mainly about the cost of installation and replacement after replacing the smooth heat exchanger pipe with the spiral groove heat exchanger pipe, and the economic benefits brought by replacing the spiral groove heat exchanger pipe.

Key words; Condenser, spiral grooved tube, enhanced heat transf

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章. 绪论 1

1.1. 换热器介绍 1

1.2. 螺旋槽管在冷凝器的应用 1

1.3. 螺旋槽管的历史发展 2

第2章. 冷凝器设计计算 3

2.1. 冷凝器的工艺计算 3

2.1.1. 基础数据 3

2.1.2. 查询得的定性温度和物性参数 3

2.1.3. 冷凝器热量衡算 4

2.1.4. 有效平均温差计算 4

2.1.5. 传热面积 4

2.1.6. 换热器设计计算 5

2.1.7. 传热与压降（管程部分） 6

2.1.8. 传热与压降（壳程部分） 6

2.1.9. 传热系数求和 8

2.1.10. 校核传热面积与校核管壁温度 8

2.1.11. 螺旋槽管的优化 8

2.2. 冷凝器外壳 9

2.2.1. 筒体部分 9

2.2.2. 封头的选取 10

2.2.3. 选用螺旋槽换热管（GB151-2014） 10

2.2.4. 管程数据 11

2.2.5. 壳程数据 11

2.2.6. 折流板（GB151-2014） 11

2.2.7. 拉杆（GB151-2014） 11

2.2.8. 管板 11

2.2.9. 管箱 12

2.2.10. 管箱法兰 12

第3章. 校核计算 13

第4章. 经济分析 34

4.1. 冷凝器的经济分析 34

4.1.1. 基本经济数据 34

4.2. 换热管的经济分析 35

4.3. 经济分析总结 35

第5章. 总结与展望 36

致谢词 37

参考文献 38

绪论

换热器介绍

换热器是一种广泛应用于化工、炼油、电力、能源、冶金、食品、机械、建筑等行业的典型设备。^[1]化工、炼油装置一般换热设备的工程造价为20%～50%，合理选择和设计换热器在能源利用和工业投资方面具有重要意义。为了发展即有大容量又有高性能的设备，减少换热器的投资费用和运行费用。故现在要设计一款体积小，但换热能力强的换热器^[2]~[5]

螺旋槽管在冷凝器的应用

螺纹槽管是实现凝汽器小型化的理想管型之一。螺旋槽管是一种高效的换热管，通过在普通换热器管上轧制或其它加工方法形成，在其内外表面形成螺旋槽。以扩展表面强化传热。当流体在管内流动时，由螺旋槽导引，流体其中的一部风沿着璧转动；另一部分流体则在沿着璧流动，并使其具有周期性的扰动。之前说到的有助于流体的边界层减少或消失，后面提到的引发边界层的扰动，使得璧向流体的传热被加速。这两种作用使的管内的传热得到加强。冷凝过程是关外传热的主要强化阶段。在壳程有冷凝相变时，螺旋槽管为放电冷凝液提供了通道，减少了螺旋槽管两侧的液膜，使热阻减少，提高了传热系数。

液膜和气膜在高浓度不冷凝成分蒸汽强化传热中产生了旋流，是气模的稳定性被破坏。。气膜伸入到管内形成局部湍流，其中的气体膜因而变得更加的稀薄。并且槽深越深气模的变化越大，效果也就越好。得出结论总传热系数和膜传热系数随槽深的增加而增加。冷凝液因为有重力和液体的表面张力，所以可以在螺旋槽管中做螺旋运动。此外，在液体和气体的交界处有剪切力，它使得气模穿生了局部涡流运动，又再次的破坏了液膜的稳定性，减少了液膜的热阻，提高了气模的传热系数。在一定的范围内，加大螺旋槽管的螺旋角有助于提高旋流运动，但在气模太厚时，强化效果不明显。^[6]~[13]