浮头换热器（有流体分析）.doc

目录

TOC\o1-2\h\u3447中文摘要 I

20183英文摘要 II

174701绪论 1

9941.1研究目的和意义 1

164171.2国内外的研究现状和发展趋势 1

188971.3主要研究内容 3

86132热力计算 4

273702.1原始数据 4

201062.2定性温度和物性参数 4

41762.3初选结构尺寸 5

174682.4换热器的方案选择 5

161762.5管程换热计算 6

171212.6壳程换热计算 8

286952.7传热系数 9

158142.8管程压降 10

67062.9壳程压降 11

92702.10压降校核 12

64673换热器结构设计 13

281583.1总体设计 13

196043.2管箱隔板设计 15

289773.3换热管选型 15

323033.4壳体设计 17

294143.5管箱设计 18

238403.6固定管板设计 21

130603.7纵向隔板设计 22

272843.8折流板设计 23

295323.9定距管与拉杆设计 24

309873.10进出口接管设计 25

155183.11浮头箱设计 26

56213.12浮头设计 27

307023.13补强圈设计 28

147133.14法兰的选型 29

271693.15支撑形式选择 31

136264换热器主要零部件的有限元分析 32

179034.1管箱的有限元分析 32

251564.2壳体的有限元分析 34

298474.3管板的有限元分析 36

203795流场分析 37

288745.1模型建立及网格划分 37

117455.2参数设置 38

232315.3边界条件与求解设置 39

55275.4仿真结果与分析 39

145756经济性和社会环境性分析 39

251257总结 41

29932参考文献 42

11982致谢 44

4663附录1浮头换热器装配图 45

15812附录2封头零件图 46

24310附录3折流板零件图 47

24643附录4壳体零件图 48

31839附录5固定管板零件图 49

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浮头换热器的设计

学生：xxx，xxx学院

指导老师：xxx，xxx学院

[摘要]浮头式换热器是一种特殊的管壳式换热器，其结构与固定换热器最大的不同在于一端通过管板牢牢地固定在壳体上，另一端则通过钩圈与壳体形成浮动连接。这种连接原理是将浮头管板夹持在一个带有凹槽的浮头法兰内，通过钩圈使管板与管束可沿轴向自由滑动，同时依靠钩圈和密封垫片确保壳程的密封性。浮头式换热器的优点是管束和壳体易于分离，极大便利了管束和壳体内污垢的清洁，降低维护难度和成本。当管程和壳程的流体温度变化大时，管束可以自由伸缩，避免因为热膨胀导致的热应力累积。

本设计针对高温柴油的冷却要求，采用锅炉水作为冷却液。综合考虑水压2MPa高于油压1.6MPa，且油流量大于水的流量，因此确定锅炉水走管程，柴油走壳程。采用2-4壳管型，根据柴油与水之间的传热环节（柴油与壳壁的对流换热、换热管壁的导热以及内壁与水侧的对流换热等环节），建立总传热系数计算模型，采用试算法（初选传热系数300W/m2·℃）确定总传热面积、传热系数、换热器长度、管根数和壳体内径等主要结构参数，并完成了壳体、管箱、管板、折流板、拉杆、定距管、浮头等关键零部件的结构设计。

为确保结构安全可靠，运用ANSYS有限元软件对设计的换热器主要零部件进行有限元分析，结果显示，壳体最大应力为165MPa（出现在接管连接处）、管箱最大应力为167MPa（出现在接管连接处）、管板最大应力为21.62MPa（出现在中心管孔边缘），三者均低于材料屈服强度170MPa，符合强度要求。另外，运用CFD方法模拟了换热器的流热场，得到管程流体（锅炉水）出口温度160℃，与设计要求163℃基本一致，进一步验证了设计结构的合理性。

最后，对单壳程与两壳程两种结构进行经济性对比分析，相对于单壳程，两壳程的传热效果较好、能耗较低，有助于延长换热器的使用寿命，且使用更节能环保。

[关键词]浮头换热器；结构设计；三维建模；有限元分析；CFD模拟

摘要

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TheDesignofFloatingHeadHeatExchanger

Student:YuanhangShi,SchoolofMechanicalE