韩荣，蒋炎坤，陈烨欣

华中科技大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430074

0 引言

换热器将热流体的部分能量传递给冷流体实现降温或加热，在石油化工、能源动力等诸多行业应用广泛[1-2]。换热器种类较多，根据结构形式可分为喷淋式换热器、沉浸式蛇管换热器、板式换热器和管壳式换热器[3-4]，其中管壳式换热器结构简单、造价低廉、选材广泛、高温工况适应能力强，且可靠性高[5-6]，在气-液热交换中使用较多。

目前水下动力装置多采用柴油机，中高负荷时，由于排气温度过高，导致隐身性能下降，因此需要设计独立的排气降温系统，换热器应用在水下动力装置冷却上的研究较少。本文中根据某水下工作柴油机排气冷却需求，对管壳式换热器进行设计和仿真分析。

1 换热器设计

柴油机高温烟气在管壳式换热器中与水进行热交换，经过冷却后通过管道排向大气。为使换热更均匀，要求废气在管外流动、冷却水在管内流动。设计的换热器主要技术参数为：进口排气温度为550 ℃，出口温度低于180 ℃，废气在换热器中压损小于6 kPa，换热器主体尺寸长宽高分别不大于1000、400、400 mm。系统设计总体思路为：满足结构尺寸要求条件下，排气温度尽可能低，换热器中压损尽可能小。

1.1 管壳式换热器计算

1.1.1 确定定性温度与物性参数

排气入口温度为550 ℃，出口温度为180 ℃；冷却水入口温度为25 ℃，出口温度为60 ℃。对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可以取流体进、出口的平均温度[7]。排气定性温度tm1=365 ℃，水的定性温度tm2=42.5 ℃。……