畢業(yè)設(shè)計(jì)解說 修改ppt

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學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院答辯人：閆青松指導(dǎo)老師：龔曙光教授畢業(yè)設(shè)計(jì)解說

應(yīng)用簡式輻射換熱器回收工業(yè)爐窯的高溫?zé)煔庥酂?是降低爐窯消耗、改善爐內(nèi)的燃燒及熱交換條件、提高爐子熱效率的重要方法。輻射換熱器具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：煙氣通道不易堵塞；空氣流不易出現(xiàn)偏流；傳熱面不易腐蝕；換熱器為整體結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生漏氣；換熱效率高等。畢業(yè)設(shè)計(jì)立題研究內(nèi)容

螺旋升管式輻射換熱器是筒式輻射預(yù)熱器的一種，其基本結(jié)構(gòu)見圖1筒式輻射預(yù)熱器結(jié)構(gòu)1-上部風(fēng)環(huán)；2-支架；3-外筒；4-內(nèi)筒；5-下部風(fēng)環(huán)；6-膨脹器；7-沙封

螺旋升管式輻射換熱器由內(nèi)外兩層鋼板組成。為增強(qiáng)傳熱效果，兩層鋼板之間的環(huán)形通道用螺旋上升的鋼板隔開，形成數(shù)個(gè)獨(dú)立的螺旋上升通道。螺旋升管式輻射換熱器的基本物理過程為，高溫?zé)煔鈴南峦贤ㄟ^內(nèi)層鋼板，被加熱介質(zhì)從下往上通過螺旋上升通道，冷熱介質(zhì)通過內(nèi)層鋼板進(jìn)行傳熱。

以已投產(chǎn)的云南昆鋼3x20m2改300m2燒結(jié)機(jī)用雙預(yù)熱點(diǎn)火保溫爐系統(tǒng)為測試對象，其工藝參數(shù)如下：項(xiàng)目

單位

測試結(jié)果空氣出口溫度 ℃

194空氣出口速度 m/s

10.4畢業(yè)設(shè)計(jì)前期查閱資料、調(diào)研畢業(yè)設(shè)計(jì)前期，通過中國知網(wǎng)，圖書館等資源收集了一下文獻(xiàn)，并認(rèn)真閱讀，然后撰寫了文獻(xiàn)綜述和參考文獻(xiàn)。[1]施林德爾EU(德)，換熱器設(shè)計(jì)手冊..北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1987[2]王璋保，梁巨元.華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，1993;10(1):39-55[3]王璋保等，輻射換熱器的理論研究之一，華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，1985;20(1)[4]王璋保，輻射換熱器的現(xiàn)狀與今后發(fā)展，華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，1993：3（10）8-15[5]張一謙，冶金能源，1995：4（14）51-54[6]王秉銓，工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊（第二版），1996,北京，機(jī)械工業(yè)出版社[7]《鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料》編寫組，鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料，1979，北京，冶金工業(yè)出版社[8]《重有色冶金爐設(shè)計(jì)參考資料》編寫組，重有色冶金爐設(shè)計(jì)參考資料，1979，北京，冶金工業(yè)出版社[9]張曉歐等，內(nèi)插件式換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，中國金屬學(xué)會(huì)熱能與熱工學(xué)會(huì)第六屆年論文，1990:7[10]黃志甲，輻射換熱器一次側(cè)強(qiáng)化傳熱的研究，華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，1993,4（10）32-38[11]林宗虎，強(qiáng)化傳熱及其工程應(yīng)用，北京，機(jī)械工業(yè)出版社[12]JobstW.Seehausen.HeartTransberPittsburgh,1980；83:272-277參考文獻(xiàn)

最早出現(xiàn)的圓筒式輻射換熱器是由兩個(gè)同心圓筒組成的，換熱器的綜合傳熱系數(shù)不高?？諝鈧?cè)的流動(dòng)阻力較小，結(jié)構(gòu)簡單。提高輻射換熱器的換熱效率和換熱量，是改進(jìn)換熱器的主要出發(fā)點(diǎn)。七十年代出現(xiàn)的肋化圓筒輻射換熱器在輻射筒的外側(cè)增加很多肋片，其目的是增加空氣側(cè)的換熱面積[2]。但是經(jīng)過實(shí)際使用，增加的肋骨換熱面積并沒有起到增加換熱量的作用。主要原因是對為數(shù)眾多的肋片進(jìn)行焊接，兩者的接觸面間留有空隙，熱阻很大。這種換熱器的換熱量及綜合傳熱系數(shù)與普通換熱器差不多甚至還低一些?？諝饬鲃?dòng)阻力較大。為提高換熱器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及提高熱交換面積，國內(nèi)外曾使用過婁狀形輻射換熱器[3]。對于高壓流體必須用螺旋狀輻射換熱器來預(yù)熱[4]。文獻(xiàn)綜述摘要

減薄或破壞邊界層是提高換熱效果極有效措施，出現(xiàn)的噴流輻射換熱器就是這種措施的有力體現(xiàn)[5]。它的特點(diǎn)是：在普通輻射換熱器的內(nèi)筒和外筒之間增加一個(gè)噴流筒。缺點(diǎn)是空氣流動(dòng)阻力較大，要求空氣壓力較高。在普通圓筒輻射換熱器的內(nèi)外筒之間的間隙內(nèi)填入車床加工碳素鋼件的螺旋狀切屑后，組成鐵屑換熱器[6]。對輻射筒的表面做過不少研究，如增加筒壁粗糙度，采用凹凸形、半圓形、齒輪形、波浪形等形狀管表面等，也有一定的效果。因?yàn)閱瓮ǖ揽諝饬鞒痰沫h(huán)縫式輻射換熱器即使采用各種強(qiáng)化傳熱的措施，其效果仍是有限的[7]。所以研究者尋求多（雙）通道空氣流對換熱的影響的程度。國外曾有過在三筒式輻射換熱器的內(nèi)縫里加鐵絲網(wǎng)格進(jìn)行試驗(yàn)研究的報(bào)導(dǎo)，該方法可以較大幅度的提高K值[8]。三筒式換熱器有效的較大幅度的提高輻射換熱器的換熱效率和K值。根據(jù)文獻(xiàn)綜述和研究內(nèi)容撰寫了開題報(bào)告，并設(shè)定了設(shè)計(jì)思路。先進(jìn)行換熱器外形的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行熱計(jì)算的校驗(yàn)，再是零部件的設(shè)計(jì)及校核。然后再繪制設(shè)計(jì)圖。開題報(bào)告的撰寫確定了設(shè)計(jì)方案后，我按照方案進(jìn)行了設(shè)備的外形計(jì)算。利用換熱器設(shè)計(jì)手冊參照公式進(jìn)行了熱計(jì)算。包括有效傳熱熱流量、煙氣出口溫度的計(jì)算、傳熱表面積、內(nèi)筒高度和核算管段入口系數(shù)等。換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算然后利用換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)了設(shè)備的膨脹節(jié)，吊耳，支座，筒體等基本零件，然后進(jìn)行了強(qiáng)度校核。形成論文初稿。經(jīng)過老師的指導(dǎo)，修改了不合理之處。最終完成設(shè)計(jì)圖紙的繪制。換熱器的零部件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，在確定進(jìn)入換熱器的煙氣標(biāo)況流量、換熱器煙氣進(jìn)口溫度、進(jìn)入換熱器的空氣標(biāo)況流量、換熱器冷空氣進(jìn)口溫度、換熱器熱空氣出口溫度以及入換熱器煙氣成分等設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上，需要根據(jù)設(shè)計(jì)手冊選擇合適的煙氣流速，然后根據(jù)基本的公式確定換熱器的筒徑和環(huán)縫寬度，然后，我們要進(jìn)行的是熱計(jì)算：有效傳熱熱流量、煙氣出口溫度的計(jì)算、傳熱表面積、內(nèi)筒高度和核算管段入口系數(shù)。在這些熱力計(jì)算中，需要借助相關(guān)的圖表，選擇合適的出入口煙氣溫度，煙氣的黑度，結(jié)論煙氣的平均比熱容以及進(jìn)、出口集箱輻射的影響取輻射增量等技術(shù)參數(shù)，從而保證熱計(jì)算前后的合理性以及換熱器設(shè)計(jì)的正確性。以核算管段入口系數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算為例，如果我們選擇螺旋節(jié)距為h，則螺旋直徑為外筒內(nèi)徑減去壁厚，同時(shí)根據(jù)內(nèi)筒高度H，則螺旋圈的圈數(shù)則為內(nèi)筒直徑與節(jié)距的比，螺旋長度(指空氣流程長度)可根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算出來，在進(jìn)行環(huán)縫通道內(nèi)空氣傳熱系數(shù)計(jì)算時(shí)，需要先對環(huán)縫的當(dāng)量直徑進(jìn)行確定，然后計(jì)算空氣對流傳熱系數(shù)，對比前面的假設(shè)是否正確的，此次計(jì)算假設(shè)正確，無需再算，當(dāng)完成換熱器外形的計(jì)算設(shè)計(jì)和換熱器熱計(jì)算之后，還需進(jìn)行換熱器熱力參數(shù)的校核，從空氣溫度、煙氣溫度、水當(dāng)量之比、換熱器空氣側(cè)的熱傳遞單元和換熱器空氣側(cè)的熱傳有效度等的計(jì)算，根據(jù)進(jìn)、出口空氣溫度和進(jìn)、出口煙氣溫度計(jì)算和假設(shè)值對其進(jìn)行誤差分析，如果相對誤差在可接受的范圍之內(nèi)，則表明這些技術(shù)參數(shù)是合理有效，此換熱器技術(shù)參數(shù)有效。否則需重新假設(shè)計(jì)算和校核。然后是需要根據(jù)壁溫的大小來選擇換熱器的材質(zhì)，在壁溫的計(jì)算校核中主要涉及的有平均壁溫、煙氣入口處壁溫和煙氣出口處壁溫，后根據(jù)最高壁溫選擇相應(yīng)符合條件的換熱器材料。除此之外，換熱器壓力的校核計(jì)算也是十分的重要的。首先是空氣側(cè)壓損：我們可以根據(jù)摩擦壓損由熱計(jì)算知空氣在環(huán)縫通道內(nèi)的雷諾數(shù)的大小，判斷流動(dòng)狀態(tài)，從而可推得摩擦阻力系數(shù)的大小，然后按公式計(jì)算摩擦阻力損失。其次是形阻（局部）壓損，我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求，取進(jìn)、出口環(huán)形集管阻力系數(shù)的大小，確定溫度補(bǔ)正系數(shù)求得形阻損失，最終獲得空氣側(cè)壓總損看是否符合設(shè)計(jì)要求。第二是煙氣側(cè)壓損：煙氣側(cè)壓力損失包括煙氣進(jìn)、出口的形阻損失和內(nèi)筒內(nèi)的摩擦阻力損失，由于換熱器為立式安裝，煙氣的浮力忽略不計(jì)。根據(jù)煙氣在內(nèi)筒內(nèi)標(biāo)況流速的大小確定煙氣雷諾數(shù)，然后由摩擦系數(shù)確定摩擦阻力損失，