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管壳式换热器的数学模型及模拟计算 已知：一管壳式换热器，单壳程、双管程，用渣油预热原油。 渣油的质量流量: 入口温度: 原油的质量流量: 入口温度: 求：原油的出口温度，换热器的总传热系数，传热效率。 换热器的结构参数如下： 换热器结构参数 传热面积：A=130 m2管程通道截面积：AT=0.0459 m2壳体直径：D=0.7 m壳程通道截面积：AS=0.0525 m2管子规格：Φ25×2.5 mm渣油侧的污垢热阻：R渣油＝0.0005 m2·K/W管 长：L=6 m原油侧的污垢热阻：R原油＝0.0001 m2·K/W 1模型分析 1.1数学模型的建立 热横算方程（忽略热损失）： 传热速率方程： 1.2模型分析 热横算方程中：，均为的函数。 传热速率方程中：均为温度的函数， 为的函数 总传热面积 均与温度无关 所以模型很难直接求解，只能采用试差法即迭代法。 1.3 模型求解思路 设定 计算物性参数即对流传热系数 计算 不等 比较设定值 与计算值 相等 结束 2出口温度及 的设定 利用传热单元数法给出的传热效率表达式进行估算。 传热效率： 2.1 估算热流体的出口温度 虽然此换热器的传热效率我们目前也不知道，但其值总在0.5左右， 因为： = 68250 ㎏/h =175000 ㎏/h 显然： 〈 〈 即热流体一侧的热容流率较小,则有 据此，可设定热流体一侧的出口温度。 初设 2.2估算冷流体的出口温度 由于此时： ，均未知，则暂时先认为，相等，根据热量恒算式： 有： 则有： 初设 至此： Tc2设，Th2设 均已设定,初设， 3 物性参数的计算 3.1 定性温度 3.2物性参数的计算 3.2.1密度 其中D—相对密度 式中： X=1+T/100； T－定性温度； D20－20℃时油品相对密度 D20h＝0.919； D20c＝0.850 代入数据得： 3.2.2比热 式中，K为油品特性因数，可查取或实测 对渣油， 对原油， T-定性温度 3.2.3导热系数 3.3.4粘度 运动粘度单位:cst 1 cst =10^-6 ㎡/s 式中： z-渣油，y-原油 渣油： 原油： SI单位 为:㎡/s 4 传热系数的计算 管程：I，h ，渣油 —热流体，易结垢，粘度大，管内易清洗，热损失少。 壳程：O，C ，原油 — 冷流体。 4.1分别计算管程和壳程的流速 注意单位 ： 由 （㎏/h）换算为u的单位 （m/s） 管程（热流体）： 管壳（冷流体）： 4.2 计算 Re，Pr 准数 由已知得： 管中心距 正方形排列 4.3 计算 ， 4.4 估算壁温 假设壳程的换热面积 又因为 则有 假设管程的换热面积 又因为 则有 根据经验可知壳程的换热面积与总传热面积比较相近，所以 据：热侧： ＜ 冷侧：＞ 只估算一侧壁温，可认为 因为则有： 因为则有： 4.5 求换热器的总传热系数 因为 忽略壁面热阻，则有： 5 计算两侧流体的出口温度， 5.1计算两侧流体的热容流率 令： 热容流率较小者 热容流率较大者 5.2 计算换热器的传热单元数 5.3 求, 令 : 5.4计算换热器传热效率 不同的换热器，其传热效率计算公式不同。对于逆流单壳程偶数管程列管换热器来说，其传热效率的计算公式为： 5.5 计算两侧流体的出口温度， 根据计算得到的传热效率计算换热器冷流体（或热流体）的出口： 5.6 比较设定出口温度值与计算值 比较：（或）与（或）的大小。 两者的差值在精度要求（）范围之内，则将计算结果打印输出； 否则，以代替 ，以 代替 ；返回第二步，重新计算定性温度、物性参数等。 -=＞ 不符合要求 所以令：，重新算 、、、物性参数等等。 利用E