碱洗气水冷器设计开题报告(3)
碳钢和不锈钢对大多数传热负荷是很好的材质。但遇到有腐蚀性化学物质时, 则不能适应要求。此时考虑选用特种金属或非金属材料, 如石墨、玻璃或塑料。非金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点[4]。采用非金属材料的换热器，不仅能适用于腐蚀性工况, 而且是减少设备投资的重要途径。
石墨材料具有优良的导电、导热性能，较高的化学稳定性和良好的机加工性。目前，石墨材质主要运用在壳式和板式换热器中。
氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强，并且与金属材料相比还具有成本上的优势。
复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点，已经用于制作换热产品，适用于从高温排气和腐蚀性气体进行热回收。国外研制的陶瓷板式换热器采用交叉流动方式设计[12]。
国外开发了大量非金属材质换热器, 已达到工业化应用程度, 尤其是塑料材质换热器的发展正处方兴未艾之势。而我国应当积极研究非金属材料在换热器中的应用，并推广应用成果。
3.3.2 计算流体力学和模型化设计的应用
在换热器的热流分析中，引入计算机技术，对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真，以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上，在换热器的模型设计和设计开发中，利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据，使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计[13]。
4 课题研究的内容
本课题研究主要分为以下四个部分：
第一部分：总体方案确定、物性参数确定
通过检索与课题相关的文献资料了解列管式换热器的基本原理、性质及其在化工生产中的地位和作用。分析换热器应用的现状，现有的研究成果以及今后的发展趋势。通过国内与国外研究的对比，了解目前对于列管式换热器强化传热的设计理论基础和强化途径。从而确定课题的研究方案。
此次课题研究的物性参数主要包括工作压力，工作温度，物料名称及换热面积。
第二部分：热力计算、阻力计算
通过热量衡算、物料衡算，确定传热膜系数和传热面积。最后进行压力降计算。工艺计算主要包括列管式换热器的选型，操作条件的选择和操作方式选择。
第三部分：细部结构的设计
列管式换热器的细部结构包括：接管，折流板，法兰和管箱等。根据换热器的选型以及热力计算，逐步确定各细部结构的结构和尺寸。
第四部分：强度校核
主要对受压元件进行强度计算。需要确定换热器壳体、管箱短节、封头厚度。对容器法兰、螺栓、垫片进行校核计算，以及管板厚度的计算和开孔补强计算。
5 创新点及难点分析
数值模拟技术作为研究焊接残余应力的一种有效手段已经得到数学者的认可。但对换热器管与管板焊接残余应力的数值模拟未见报道，因此，为有效减小焊接残余应力以降低应力腐蚀开裂的风险，在管壳式换热器设计中，运用ANSYS软件对管壳式换热器的管与管板接头进行强度分析[14]。通过控制参数管与管板的负载压力，使用数据组件中的材料应力—应变数据，获得所需的残余压力，观察到影响管与管板的参数，如果管与管板的接合强度值在允许范围内，则接头能很好的工作，不会造成损害。创新的难点在于用有ANSYS对换热器伸出管板接头的焊接残余应力进行数值模拟，获得焊接接头的残余应力分布。
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