F280U型管式換熱器設(shè)計開題報告

F280U型管式換熱器設(shè)計開題報告,f280u,型管式,換熱器,設(shè)計,開題,報告,講演,呈文 設(shè)計開題報告 題　　目 F280U型管式柴油冷卻器 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專業(yè) 1 選題的目的與意義 1.1 研究目的： (1)F280 U型管式柴油冷卻器的設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生一次比較完整的機械設(shè)計。通過這次設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，對于即將要從事的機械設(shè)計行業(yè)有一個良好的工作作風(fēng)和設(shè)計思想。 (2)通過這次設(shè)計，讓大學(xué)所學(xué)的機械設(shè)計、機械原理、機械CAD、工程機械構(gòu)造工程機械機電液一體化，工程機械設(shè)計等理論知識在實際設(shè)計中得到綜合利用，更加加深了我們對于這些專業(yè)知識的認知和理解。使得理論知識和實際生活緊密的結(jié)合起來。 (3)若要合格的完成這次設(shè)計，則需認真的分析所涉及的知識面。這需要學(xué)生有一顆積極的心，學(xué)會主動地去通過去圖書館、網(wǎng)上查閱等各種途徑來尋找資料，進而培養(yǎng)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的方式、主動學(xué)習(xí)的態(tài)度。 (4)通過設(shè)計，熟練的使用找到的參考資料、手冊和圖冊，主動去獲得的最新信息與權(quán)威資料，了解機械方面的國家標準，從而培養(yǎng)學(xué)生在機械整體設(shè)計所必備的基本技能。 1.2 研究意義： 換熱器是廣泛應(yīng)用于汽車、航空、石油化工、動力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工、食品、工程機械等行業(yè)的一種通用設(shè)備，約占工藝設(shè)備總量的20％～70％。按其傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)進行分類可分為管型、板型和其他形式換熱器。目前常用的換熱器種類有浮頭式、固定管板式和U形管式，其中以浮頭式換熱器居多。固定管板式換熱器由于自身結(jié)構(gòu)，應(yīng)用的場合有限；浮頭式換熱器零部件多，易拆卸和清理，但檢修的工作量大，容易內(nèi)漏；而U型管式換熱器的管板比固定管板式換熱器少，其泄漏點就相應(yīng)減少。此外,U型管式換熱器的殼程水壓試驗后烘干也比較容易，而且它的適用場合廣、檢修簡單、操作彈性好。如果換熱器的換熱面積小、殼程與管程的溫差較大或殼程介質(zhì)很容易臟、管束表面需要經(jīng)常清理地，一般都采用U型管式換熱器。U型管式換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單，價格便宜，承壓能力強，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。設(shè)計換熱器時，其基本的要求是：第一，熱量能有效的從一種流體傳遞的另外的一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負荷下，也即每小時要求傳遞的熱量一定時，傳熱效率（通常用傳熱系數(shù)表示）越高，需要的傳熱面積越小，當(dāng)然這是在相同的溫差作比較。第二，換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運轉(zhuǎn)安全可靠，嚴密不漏。清洗檢修方便，流體阻力小。第三，要求價格便宜，維護容易，使用時間長。換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一，在國民經(jīng)濟中起到非常重要的作用。同時，“節(jié)能”已經(jīng)是國家的政策要求，是企業(yè)生存和發(fā)展的重要影響因素。 2 國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 換熱器從出現(xiàn)到將近一百年，通過人們的不斷實踐，發(fā)展成為很多種類。但是傳統(tǒng)的設(shè)備都是比較復(fù)雜、笨重。如今正在往輕型化的趨勢發(fā)展，這種趨勢不僅能為國家節(jié)省鋼鐵資源，還能帶來一系列多米諾骨牌效應(yīng)一樣的經(jīng)濟效益。隨著我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求水平大幅上漲，未來國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點，要求性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣化的需求趨勢強烈，逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來的良好機遇，以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。同時，行業(yè)發(fā)展必須要注重對現(xiàn)有產(chǎn)品的改進和高端產(chǎn)品的研發(fā)。 2.1 國內(nèi)情況 管式換熱器是一種高效傳熱的新型換熱器，在20世紀60年代首先被引用于宇航技術(shù)中，70年代國外在電子、機械、石油、化工等方面有了廣泛的應(yīng)用。熱管換熱器主要由箱體、管板、熱管原件組成，其中熱管是其關(guān)鍵元件。熱管是一種充填了適量工作介質(zhì)的真空密封容器，當(dāng)熱量傳入熱管的蒸發(fā)段時，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)流向冷凝段，在那里蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后在多孔吸熱芯的毛細力或重力的作用下返回蒸發(fā)段，如此反復(fù)循環(huán)，通過工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實現(xiàn)熱量的高效傳遞。熱管換熱器的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下制造熱管換熱器的金屬耗量少于其它類型的換熱器。經(jīng)過20多年的努力，我國先后開發(fā)成功了氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發(fā)生器（廢熱鍋爐）、高溫?zé)峁埽ㄒ簯B(tài)堿金屬熱管）。并在冶金、石油、化工、動力、陶瓷以及水泥等行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用取得了可喜的成果。當(dāng)前熱管技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用面逐步擴大。國內(nèi)進行熱管換熱器研制和推廣應(yīng)用的典型廠家（單位）有：南京化工大學(xué)、撫順石油學(xué)院、化工部化機械研究院、撫順石油二廠、上海711研究所、航天部501等。盡管我國在部分重要換熱器產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了突破，但我國換熱器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。與國外先進水平相比較，我國換熱器產(chǎn)業(yè)最大的技術(shù)差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對于流場、溫度場、流動狀態(tài)等工作研究原理不足。在換熱器制造上，我國目前還以仿制為主，雖然在整體制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片壓制方面與發(fā)達國家還有一定的差距。在設(shè)計標準上，我國換熱器設(shè)計標準和技術(shù)較為滯后。目前，我國管殼式換熱器標準的最大產(chǎn)品直徑還僅停留在2.5米，而隨著石油化工領(lǐng)域的大型化要求，目前對管殼式換熱器直徑已經(jīng)達到4.5米甚至5米，超出了我國換熱器設(shè)計標準范圍，使得我國換熱器設(shè)計企業(yè)不得不按照美國TEMA標準設(shè)計。更為嚴重的是，我國在大型專業(yè)化換熱器設(shè)計軟件方面嚴重滯后。目前我國在換熱器設(shè)計過程中還不能實現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主意識。 2.2 國外情況 二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。二十世紀30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。二十世紀30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。二十世紀60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。自二十世紀60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到進一步發(fā)展。二十年代70年代中期，非接觸式換熱器一直是管殼式（列管式）換熱器一國獨大的局面。然而近幾十年以來，這種平衡有所改變。這種改變是由于各種板式類換熱器的逐步開發(fā)和應(yīng)用所帶來的。板式類換熱器能夠能夠被深入研究和開發(fā)，固然是有其歷史必然的?；仡檽Q熱器發(fā)展歷程，雖然板式換熱設(shè)備的充分開發(fā)只是近些年的事情，但是其理論和技術(shù)的出現(xiàn)卻早的多。但是人們在最初舍棄了這種換熱性能遠遠占優(yōu)勢的換熱器形式，而是選擇并大量應(yīng)用了管式換熱器。 2.3 發(fā)展趨勢 當(dāng)初人們之所以做出這種選擇，原因很簡單，只是出于強度考慮。板式類換熱器的結(jié)構(gòu)強度遠遠低于管殼類換熱器，所以不能夠應(yīng)用于高壓或大多的中壓場合，板式類換熱器的這個缺點是由其結(jié)構(gòu)特點所決定的，所以在其自身范圍內(nèi)無法改變和突破，而它就嚴重地制約了這種高換熱性能換熱器的應(yīng)用和發(fā)展。形成了在最初的相當(dāng)長的一段時間里，板式類換熱器沒有受到人們喜愛的局面，其技術(shù)進展自然也相當(dāng)可憐。即便是在其有了長足發(fā)展和應(yīng)用的今天，任然是由于其結(jié)構(gòu)強度低的原因--這個自身無法逾越的鴻溝，它的應(yīng)用領(lǐng)域也仍舊局限在一定的范圍內(nèi)。 管科類換熱器由于始終受到普遍應(yīng)用和重視，其理論研究的深度和設(shè)備改進的步伐都是板式類換熱器所不能比擬的。在新的節(jié)能及環(huán)保浪潮中，其技術(shù)和發(fā)展速度又有所提高。 3 課題的主要工作 3.1 準備相關(guān)工作 在互聯(lián)網(wǎng)或者圖書館等查閱相關(guān)文獻資料，或者去相關(guān)工廠了解柴油冷卻器方面的知識。明確冷卻的過程、原理、性能及應(yīng)用。還應(yīng)該了解U型柴油冷卻器在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。掌握基本知識點，計算方法等，并安排設(shè)計進度。 3.2 材料選擇及主體、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 各零部件的材料選擇，選擇填料塔的類型與結(jié)構(gòu)，操作條件的選擇和操作方式的選擇。填料塔幾何設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3.3 強度計算與校核 柴油冷卻器各部件尤其受壓部件（殼體）的應(yīng)力大小檢驗其強度是否在允許范圍內(nèi)，按照國家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進行計算或者核算。 3.4 加工工藝，裝配程序，安全防腐 選擇加工工藝，及編寫裝配程序，考慮安全性能及采取防腐措施。 3.5 繪制裝配圖及零部件圖 利用AutoCAD繪圖軟件繪制出柴油冷卻器各個零件圖。 3.6 翻譯外文文獻，編寫說明書 將外文文獻進行翻譯，并按要求編寫說明書。 4 課題的進度安排 12月17日～2月24日：尋找與課題相關(guān)的參考書及文獻資料，撰寫開題報告。 2月25日～3月13日：畢業(yè)實習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計做好資料準備。 3月14日～3月21日：查閱文獻資料，確定設(shè)計方案，開始課題設(shè)計。 3月22日～4月5日：柴油冷卻器材料選擇及總體設(shè)計，強度計算并校核。 4月6日～4月20日：選擇加工工藝，裝配過程，考慮安全防腐等細節(jié) 。 4月21日～5月4日：依據(jù)設(shè)計步驟繪制零件圖，裝配圖。 5月5日～5月21日：提交論文初稿，答辯前的準備，交論文正式稿。 5月22日～5月26日：畢業(yè)答辯。 參考文獻 [1] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計全書-換熱器［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］ .北京：中國標準出版社，2002 [3] 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計手冊［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [4] 錢頌文.換熱器設(shè)計手冊［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [5] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術(shù)［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011 [6] 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計［Ｍ］ .廣州：華南理工 大學(xué)出版社，1986 [7] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015 [8] 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)［Ｍ］ .天津：天津大學(xué)出版社，2014 [9] 潘繼紅等.管殼式換熱器的分析與計算[M]. 北京: 科學(xué)出版社，1996 [10] 蘭州石油機械研究所. 換熱器（上冊[M]). 北京：中國石化出版社， 1992 [11] 化工設(shè)備技術(shù)全書編委會. 換熱器設(shè)計[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988 [12] Condensation heat transfer in ultra compact mini channel heat exchangers. Zhen Zhang,Yoav Peles. Journal of Thermal Science and Engineering Applications . 2014 [13] Application of a genetic algorithm to optimize the refrigerant circuit offin-and-tube heat exchangers for maximum heat transferor shortest tube. WU Z G,DING G L,WANG K J,et al. International Journal of ThermalSciences . 2008 [14] 錢頌文. 吳家聲.馬曉明. 孫萍. U形管換熱器管束固有頻率研究[M].華南理工大學(xué)學(xué)報 1997年02期 [15] 鄧先和. 空心環(huán)管殼式換熱器工業(yè)應(yīng)用概況[M]. 廣東：化工進展，廣州 1997年05期 [16] 隋建華. 鄭召梅 管殼式換熱器傳熱性能的檢測與校核計算[M].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督. 山東：石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，廣饒 2005年08期 指導(dǎo)教師批閱意見 指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日