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第一章 管壳式换热器1

第一节 绪论1

一、概述1

二、管壳式换热器的性能特点1

（一）结构特点及适用范围1

（二）设计考虑的因素2

（三）强化传热元件和设备的性能特点5

第二节 管壳式换热器计算方法9

一、基本关系式和经验数据9

（一）基本关系式9

（二）基本关系式中各项数值的计算10

二、管内膜传热系数及压力降19

（一）管内膜传热系数19

（二）管程压力降22

三、管外膜传热系数及压力降23

（一）管外膜传热系数23

（二）壳程压力降27

四、计算步骤与例题30

（一）一般的工艺设计步骤30

（二）例题一（普通弓形折流板换热器）32

（三）例题二（折流杆换热器的选型）36

第三节 壳程流路分析计算法43

一、概述43

二、流路分析法计算思路和物理模型43

（一）计算思路43

（二）物理模型44

三、数学模型与计算方法46

（一）几何参数46

（二）阻力系数48

（三）流率和压力降50

（四）传热计算51

（五）例题52

附表1-1 浮头式换热器和冷凝器主要工艺参数表59

附表1-2 固定管板换热器主要工艺参数表61

附表1-3 U形管式换热器主要工艺参数表65

附表1-4 浮头式折流杆换热器和冷凝器主要工艺参数表67

附表1-5 浮头式双弓形折流板换热器主要工艺参数表71

附表1-6管嘴尺寸表75

附表1-7 油品性质计算公式75

符号表75

参考文献80

第二章 冷凝器82

第一节 冷凝机理分析及设计考虑因素82

一、冷凝机理分析82

（一）概述82

（二）膜状冷凝的特点83

（三）膜状冷凝的基础模型85

二、冷凝过程设计考虑因素86

（一）冷凝过程设备形式的选择86

（二）卧式冷凝器管程冷凝87

（三）卧式冷凝器壳程冷凝87

（四）总传热系数与经验值89

（五）冷凝传热的影响因素89

第二节 结构特点及几何参数90

第三节 冷凝器热负荷91

一、纯组分或冷凝温降小的混合物冷凝91

二、混合物冷凝91

第四节 水平管内冷凝传热和压力降93

一、水平管内冷凝液膜传热系数93

二、水平管内气相传热系数95

三、水平管内冷凝压力降96

第五节 水平管束外的冷凝传热和压力降100

一、光管管束外冷凝液膜传热系数100

二、螺纹管管束外冷凝液膜传热系数103

三、水平管束外冷凝的汽相传热系数105

四、水平管束外冷凝压力降107

（一）浮头式折流杆冷凝器壳程压力降107

（二）普通浮头式冷凝器水平管束外冷凝压力降109

第六节 分段计算结果的综合110

一、分段计算方法110

二、平均温差110

三、分段计算结果的综合112

第七节 示例115

一、浮头式冷凝器水平管束外冷凝115

（一）冷凝器的传热性能116

（二）冷凝器压力降120

二、浮头式冷凝器水平管内冷凝122

（一）换热器的传热性能123

（二）换热器压力降127

附录 扩散函数的推导129

符号表129

参考文献135

第三章 空气冷却器136

第一节 概述136

一、空气冷却器的结构形式及特点136

（一）结构形式及分类136

（二）管束、构架、百叶窗与风机141

（三）基本参数148

二、空气冷却器的总体设计152

（一）总体设计的内容152

（二）空冷与水冷的选择152

（三）工艺设计条件的选择153

（四）空气冷却器形式的选择153

第二节 数学模型及主要关联式156

一、热负荷156

二、管内膜传热系数及压力降156

（一）管内膜传热系数156

（二）管程压力降157

三、管外膜传热系数及压力降157

（一）干式空气冷却器管外膜传热系数及压力降157

（二）增湿空气冷却器管外膜传热系数及压力降160

四、有效平均温差、换热面积和总传热系数161

（一）有效平均温差161

（二）总传热系数165

（三）换热面积166

五、强制通风时的风机功率166

六、自然通风的风筒高度169

第三节 计算步骤和例题172

（一）计算步骤概述172

（二）例题172

附表3-1 鼓风式空冷器管束换热面积表179

附表3-2 引风式空冷器管束换热面积表183

附表3-3 鼓风式空冷器管子数表187

附表3-4 引风式空冷器管子数表188

附表3-5 全国主要城市气温一览表189

附表3-6 空气性质计算公式表191

符号表192

参考文献194

第四章 重沸器196

第一节 重沸器类型及设计考虑因素196

一、重沸器的类型和特点196

（一）釜式重沸器196

（二）热虹吸式重沸器197

二、设计考虑的因素199

（一）对结垢因素的考虑199

（二）对有效温差ΔT的控制考虑200

（三）对操作压力的考虑201

第二节 釜式重沸器和卧式热虹吸重沸器202

一、池式沸腾机理202

（一）池式沸腾机理及沸腾曲线202

（二）临界最大热强度及影响因素203

二、卧式重沸器的沸腾传热系数与压力降205

（一）壳侧沸腾传热系数205

（二）壳程压力平衡及安装高度211

第三节 立式热虹吸重沸器213

一、流动沸腾机理213

（一）垂直管内沸腾两相流流型和传热213

（二）临界最大热通量214

二、管内流动沸腾膜传热系数215

（一）流动沸腾传热系数215

（二）显热段的传热系数及长度217

三、立式热虹吸重沸器的压力降和循环推动力219

（一）循环推动力219

（二）重沸器总压力降220

第四节 加热侧的膜传热系数、总传热系数、换热面积221

一、加热侧的膜传热系数221

二、总传热系数221

三、计算面积和余量222

第五节 计算步骤与例题223

（一）一般的工艺设计步骤223

（二）例题一（卧式热虹吸重沸器）225

（三）例题二（立式热虹吸重沸器）230

附表4-1 立式热虹吸重沸器主要工艺参数表237

符号表238

参考文献241

第五章 换热网络合成与模拟技术242

第一节 换热网络合成与模拟技术概述242

第二节 换热网络合成的基础与目标分析243

一、基础数据要求243

（一）冷热物流的确定243

（二）无相变物流的焓及物性243

（三）相变物流的焓及物性244

二、换热网络合成的目标分析244

（一）换热网络的温-焓图244

（二）换热网络合成的目标245

三、换热网络最佳热量回收率的确定246

（一）换热网络的费用模型246

（二）确定最佳热回收率248

第三节 换热网络的合成方法249

一、夹点理论对换热网络设计的指导意义249

（一）夹点的意义249

（二）夹点对换热网络设计的指导意义249

二、确定夹点的方法249

三、夹点设计方法252

（一）夹点设计法的可行性规则253

（二）夹点设计法的经验规则253

（三）利用夹点设计法设计换热网络254

四、换热网络的调优方法258

（一）换热网络的调优259

（二）换热网络能量松弛262

五、换热网络合成步骤及例题264

第四节 换热网络模拟计算275

一、换热网络模拟计算的数学方法276

（一）换热网络节点序列276

（二）网络模拟计算举例277

二、网络序贯模拟收敛方法278

三、换热器的模拟计算方法279

（一）基本思路及原理279

（二）由焓值反推未知出口温度的方法280

（三）模拟计算中的迭代收敛方法280

四、换热网络模拟计算步骤及例题281

（一）基础数据281

（二）换热网络模拟计算步骤及例题282

符号表285

参考文献287