[发明专利]一种多模块换热器的设计方法

说明书

本发明提供了一种多模块换热器的设计方法，所述换热器包括多个换热模块，所述换热模块第一管箱和第二管箱是长方体，第一侧面和第二侧面是由长度和高度形成的面，其中h为流体对流换热系数，λ为流体的导热系数，L为传热面的长度，H为换热模块形成的换热器的高度，换热箱外侧与流体的对流换热，努塞尔数进行计算。本发明通过大量的研究对换热模块结构进行了模拟，首次确定了上述结构的努塞尔数等公式，可以通过上述各式预估换热性能和泵功消耗，为进一步设计提供了很好的设计依据，提高了设计的准确性。

技术领域

本发明涉及换热器领域，具体涉及一种可以自由组合实现模块本身换热以及共同对外换热的换热模块。

背景技术

热交换器作为一种先进的换热器，主要应用于液-液，汽-液之间热交换的传递，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体或者使温度较低的流体通过吸收热量使其温度升高，从而达到快速热交换的目的，被广泛应用于石油化工，生物制药，食品加工,船舶业等领域。例如制胺系统中的热回收，冷却，冷凝及再沸腾。例如在原油脱盐脱水系统中的热回收，加热及冷却。例如对烯烃、芳烃，醛，酸，醚，酯，酮，和卤素等的冷凝，加热及冷却，热回收和再沸腾。在肥料加工生产中，被应用于氮气，二氧化碳气体冷却等。在暖通行业中，也被广泛应用于汽-水、水-水热交换的供暖系统以及汽-水、水-水热交换的热水供应系统。随着工业不断进步及环保要求下的节能减排，且对于减少设备占用场地及建筑低成本的高要求下，对热交换器的要求也越来越高。

目前传统的管壳式换热器已被广泛应用于石油化工，生物医药，食品加工生产等诸多领域。但由于其体积大换热效率低，节能效果差等原因而不足以满足各行业的工况要求。以国家标准GB151-1999管壳式换热器为例，传统管壳式换热器外形为圆形柱体，其结构由封头、筒体、传热管、折流板、鞍形支座、接管等组成且传热管为直管，壁厚在2mm以上，管程多为单程，管子较长，管程内部没有分层扰流，单位体积内的换热面积较小，造成体积大且传热效果较低。其结构不易拆卸，导致结垢后不易清洗。再者结构不紧凑，占地面积较大，对于设备建筑布置要求较高。

传统固定管板式换热器是由管程和壳程两种不同介质通过换热管来实现热交换，其中一种介质走管程，另一种介质走壳程。但在实际工程中，经常会遇到下列情况：1)需要两种介质互相进行热交换；2)具有不同压力、温度或不能相互混合的壳程介质与同一介质进行热交换；3)节能改造时，对于原有固定管板式换热器无法满足更高的热交换要求时，通常的做法是重新设计、制造更大直径的换热器或制造额外的换热器并联或串联操作来达到新的使用需求，但弃置原有的换热器，无疑是一种浪费。

发明内容

本发明的主要目的之一是提供一种换热模块，该换热模块组合成新的换热器，实现同一模块中不同介质互相换热，或者不同介质和第三种介质换热，解决复杂、多股介质的工况和满足改造中原有固定管板式换热器重复利用的要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多模块换热器的设计方法，所述换热器包括多个换热模块，所述换热模块包括并列设置的两个立方体形状的管箱，分别是第一管箱和第二管箱，每个管箱包括上部面、下部面和四个侧面，所述四个侧面包括第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面形成第一边部，所述第一侧面不设置保温层，第二侧面设置保温层；所述换热模块还包括连接部件，所述连接部件一部分设置在所述第一管箱的第一侧面的第一边部位置，另一部分设置在第二管箱的第一侧面的第一边部位置，第一管箱和第二管箱的第一侧面的边部邻接，从而使得第一管箱和第二管箱可以绕连接部件转动，换热模块具有第三位置，在第三位置，第一管箱和第二管箱的第一侧面之间形成夹角a，0a180度；多个换热模块的边部相连，从而在内侧形成流体通道，所述的第一侧面面向流体通道；

所述换热模块第一管箱和第二管箱是长方体，第一侧面和第二侧面是由长度和高度形成的面，其中h为流体对流换热系数，λ为流体的导热系数，L为传热面的长度，H为换热模块形成的换热器的高度，

换热箱外侧与流体的对流换热，努塞尔数计算如下：