一种翅片管式热管换热器的设计

南京工程学院毕业设计说明书(论文)作者：郑俊伟学号：201090810系部：机械工程学院专业：过程装备与控制工程题目：一种翅片管式热管换热器的设计指导者：朱大胜副教授评阅者：2013年06月南京南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）中文摘要热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有很高的导热性，由热管元件组成的，利用热管原理实现热交换的换热器称之为热管换热器。由于其换热效率高、结构简单、节能效果显著、设备运行可靠性高、动力消耗小等优点，热管换热器越来越受到人们的重视。本文简要分析了热管及热管换热器的工作原理和结构，分析热管换热器的现有应用领域及优势，并指出热管换热器应用过程中所存在的问题，着重探讨了热管换热器的设计，具体包括热管元件设计、隔板密封的设计、管箱设计以及螺栓法兰连接设计等等。目前，它被广泛应用于石油、化工、冶金、动力、电力、食品、造纸等领域。关键词：热管；热管换热器；设计计算；应用南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesignofafintubetypeheatpipeexchangerAbstractHeatpipeisaheattransferdevicesdependonworkliquidintheoneselfinnerphasechangetoachievetheheattransfer,hasahighthermalconductivity.Bytheheatpipecomponents,theuseofheatpipeheatexchangerprincipletoachieveaheatexchangercalledheatpipeheatexchanger.Duetoitshighheattransferefficiency,simplestructure,energy-savingeffectisremarkable,highoperatingreliability,powerconsumption,etc,andtheheatpipeheatexchangerhasbeenpaidmoreandmoreattention.Thearticlebrieflyanalyzestheworkmechanismandstructureofheatpipeandheatpipeheatexchanger，analyzetheexistingheatpipeheatexchangerapplicationsandadvantages,andthattheapplicationprocessheatpipeheatexchangerintheproblems,focusedontheheatpipeheatexchangerdesign,specificincludethedesignofheatpipeelement,thedesignofdiaphragmseal,thedesignoftubebox,andboltedflangeconnectiondesignetc.Atpresent,itiswidelyusedinpetroleum,chemical,metallurgical,power,electricity,food,paperandotherfields.Keywords：Heatpipe；Heatpipeexchanger；Designcalculation；Applications南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录第一章绪论..................................................11.1热管的发展历程及应用领域..............................11.2我国热管及热管换热器的发展............................21.3本文主要内容..........................................3第二章热管的工作原理及应用..................................42.1热管节能技术概述......................................42.2热管的工作原理........................................42.3热管的分类............................................52.4热管的基本特性........................................6第三章热管换热器............................................83.1概况..................................................83.2热管换热器的特点......................................83.3热管换热器的分类......................................93.4热管换热器的设计方法.................................103.5热管换热器存在的问题.................................11第四章翅片管的原理和类型...................................124.1翅片管的工作原理.....................................124.2翅片管的组成.........................................124.3翅片管的类型和选择...................................12第五章热管换热器工艺计算...................................145.1热管换热器技术参数...................................145.2热管换热器设计准备...................................145.3热平衡方程...........................................155.4选取迎风面质量流速...................................155.5换热管的排列形式.....................................165.6翅化比...............................................175.6.1换热系数........................................175.6.2翅化比..........................................19南京工程学院毕业设计说明书（论文）5.7翅片效率.............................................195.8传热平均温差.........................................215.9传热面积.............................................235.10热管总根数和间隔....................................235.11压力降..............................................24第六章热管元件设计.........................................256.1热管工作温度的选择...................................256.2热管工质的选择.......................................266.3热管材料的选择.......................................276.4热管长度的校核.......................................276.5热管传热极限的影响...................................28第七章热管换热器结构设计...................................297.1隔板密封.............................................297.2翅片管的选择.........................................307.3管箱设计.............................................317.4螺栓法兰连接设计.....................................347.4.1垫片选择........................................347.4.2压紧面的选择....................................347.4.3螺栓设计........................................347.5隔板设计.............................................367.6管板与热管的连接.....................................367.7其他结构.............................................377.8总体效果.............................................38第八章结论.................................................39参考文献....................................................40致谢........................................................42南京工程学院毕业设计说明书（论文）1第一章绪论1.1热管的发展历程及应用领域热管作为一种具有高导热性能的传热元件，其概念首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司的Gaugler于1944年在美国专利（US2350348）提出的。他当时的想法是：液体先在某一位置上进行吸热蒸发，接着在它的下方某一位置进行放热后冷凝，不耗费任何功从而使得放热冷凝的液体再回到上方原来的位置继续吸热蒸发，如此循环，目的是使得热量从这一位置传到另一位置。Gaugler所提出的第一个专利是一个冷冻装置，由于时代条件的限制，所以Gaugler当时想出的发明未能得到应用。1962年Trefethen向美国通用电气公司提出报告，倡议在宇宙飞船上采用一种类似于Gaugler所提出的传热元件。但因这种倡议未能经过实验证明，所以未能付诸实施。1963年美国Los-Alamos国家实验室的Grover[1]重新独立发明了类似于Gaugler提出的传热装置，并进行了性能测试的实验，并且公开发表了第一篇有关传热元件的论文在美国《应用物理》杂志上，并正式将这种传热装置命名为热管即“HeatPipe”，指出任何一种已知金属的导热率都不能超过它的导热率。实验结果是得到了以一根不锈钢为装置的壳体，钠为工作介质，管内安装丝网吸液芯结构的热管。1965年Cotter首次总结出较为完整的热管理论，这为以后的热管理论的研究工作奠定了理论基础。Katzoff于1966年首先发明有干道的热管。干道的作用是为了给从冷凝段回流到蒸发段的液体提供一个压力降较小的通道。大大地提高了热管的传输能力。1967年至1968年在美国，应用于工业的热管日渐广泛，应用范围涉及到空调、电子器件