具体描述
本书内容包括：纵流壳程换热器结构，换热器中流体流动的型态分布以及纵流壳程换热器的流体阻力计算，换热器的传热方式、传热计算，纵流换热器元件强度计算，纵流壳程换热器的制造特点、组件的制造与装配，纵流壳程换热器优化的原理、方法和计算，纵流壳程换热器CAD系统的开发设计，以及纵流壳程换热器的流体流动和传热的仿真模拟。
本书可供传热设备设计、制造工程技术人员和传热强化研究人员参考，可以指导相关企业进行新型纵流壳程换热器的开发利用，帮助其提高市场竞争力。也可作为高等院校本科生、研究生的教材或参考资料。
《纵流壳程换热器》是一本旨在为工程技术人员、设计者、操作维护人员以及相关专业学生提供全面、深入指导的专业书籍。本书围绕着壳程内部流体流动的复杂物理现象，特别是纵向流动在壳体内的行为模式，及其对换热效率、压力损失和结构稳定性等方面的影响，进行了系统性的探讨。 核心内容概览： 本书的研究起点，是充分认识到壳程换热器作为一种广泛应用于化工、石化、电力、航空航天等众多领域的关键设备，其性能的优化直接关系到能源的有效利用和工艺过程的经济性。在众多壳程设计类型中，壳程流体以纵向（或称轴向）方式流经换热管束的结构，因其独特的流场分布和传热特性，成为本书着重分析的对象。 第一部分：壳程流体纵流动的基本原理与特性 本部分将深入剖析壳程流体在纵向流动时的流体力学行为。这包括： 流场可视化与模拟： 详细介绍用于研究壳程流场的技术，如计算流体动力学（CFD）方法，结合实验数据，展示流体在换热管束之间的分布、涡流的形成、回流区域以及速度梯度等关键流场特征。重点分析流体绕过管束时的局部加速和减速现象，以及这些现象对传热和压降的影响。 速度分布与均匀性： 探讨影响壳程流速分布的因素，包括壳体结构、管束排布、挡板（如果有）以及入口和出口设计。分析流速不均匀性（速度剖面）如何导致传热死区和局部过热/过冷，并提出改善流速均匀性的设计原则。 压力损失分析： 详细推导和阐述壳程流体纵向流动产生的压力损失的计算方法。这包括摩擦阻力、局部阻力（如管束入口、出口、管束间穿流等）以及可能由流场不均匀性引起的额外损失。介绍常用的经验关联式和半经验关联式，并讨论其适用范围和局限性。 传热机理： 深入分析在纵向流动条件下，壳程流体与换热管壁之间的对流换热机理。重点阐述表面传热系数（HTC）的计算方法，包括无量纲关联式（如Nusselt数、Reynolds数、Prandtl数的关系）的推导和实际应用。讨论流体性质、流速、管束几何参数等对传热系数的影响。 流体与结构的相互作用： 探讨流体动力载荷对换热管束和壳体结构的影响，特别是当流体速度较高或存在显著的流场畸变时，可能引起的管束振动、冲蚀和疲劳等问题。 第二部分：纵流壳程换热器的设计理论与实践 本部分将基于第一部分的基础理论，聚焦于纵流壳程换热器的实际设计过程： 设计准则与步骤： 系统性地介绍纵流壳程换热器的设计流程，从确定换热需求、选择换热介质、初步估算换热面积开始，到进行详细的热工计算和水力计算。 传热计算： 详细阐述如何根据换热需求，通过LMTD法（对数平均温差法）或NTU法（传热单元数法）来计算所需的总换热面积。重点讲解如何准确确定壳程和管程的传热系数，以及如何考虑壁面热阻、污垢热阻等因素。 水力计算与流速控制： 详细介绍壳程和管程的流速和压力损失计算，并提出设计目标，即在满足传热需求的前提下，将壳程压力损失控制在可接受的范围内，避免过大的能耗和潜在的设备损坏。 管束排布与挡板设计： 探讨不同管束排布方式（如方形、三角形、圆形等）对流场和传热性能的影响。特别关注在纵流结构中，如果引入了挡板（尽管在纯纵流设计中挡板的定义与横流结构有所不同，本书将探讨其可能的变体或辅助结构），如何设计挡板的类型、间距和角度，以引导流体流向、减少短路流动，并优化传热效果。 壳体与管板设计： 介绍壳体材料的选择、壁厚计算，以及管板的设计原则，包括管孔加工、胀管/焊接工艺等，以确保设备的密封性和强度。 换热介质的选择与物性参数： 强调换热介质的热力学性质（如密度、粘度、比热容、导热系数）对传热和流体阻力的关键影响，并提供常用的换热介质物性数据库或计算方法。 第三部分：纵流壳程换热器的性能优化与工程应用 本部分将深入探讨如何通过设计改进和操作优化来提升换热器的性能，并介绍其在各行业的典型应用： 传热增强技术： 介绍在壳程纵流换热器中应用的一些传热增强技术，例如在换热管表面增加翅片、采用粗糙表面、引入湍流促进器（虽然在纯纵流中应用受限，但会讨论其原理及可能的变体）。 结构优化： 探讨如何通过优化壳体形状、入口/出口导流结构、管束分组等方式，进一步改善流场均匀性，降低压力损失，提高传热效率。 故障分析与诊断： 总结纵流壳程换热器在运行过程中可能出现的常见问题，如传热效率下降、压力升高、振动、泄漏等，并提供相应的故障诊断方法和维修建议。 工程案例分析： 列举实际工程中的纵流壳程换热器设计案例，分析其设计思路、性能特点以及在特定应用场景下的优越性。例如，在某些高粘度流体或对压力损失要求极低的场合，纵流结构可能展现出独特的优势。 未来发展趋势： 展望纵流壳程换热器在设计、制造和应用方面的发展趋势，包括智能化设计、新材料应用、集成化设计等。 本书特点： 理论与实践相结合： 既深入阐述了流体力学和传热学基本原理，又紧密结合工程实际，提供实用的设计计算方法和工程经验。 系统性强： 从基础原理到设计方法，再到性能优化和应用，对纵流壳程换热器进行了全面的、逻辑严谨的阐述。 图文并茂： 包含大量的示意图、工程图、流场模拟图和性能曲线图，帮助读者更直观地理解复杂概念。 面向广泛读者： 既可作为高校相关专业的教材或参考书，也适合在职工程师、技术人员进行设计、选型和技术交流。 通过对《纵流壳程换热器》的学习，读者将能够深刻理解壳程流体纵向流动在换热器工作过程中的作用，掌握纵流壳程换热器的设计方法和性能评估技术，并能将其应用于实际工程设计和优化工作中，从而提升换热设备的整体性能和经济效益。
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