臺灣博碩士論文加值系統

本文的目的是在於利用免費而且可以在UNIX、Linux與Windows平台上執行的PHP程式語言，及結合可以處理巨大資料庫的MYSQL資料庫，針對殼管式熱交換器，撰寫一套適用於個人電腦之電腦輔助網頁資料庫設計軟體。本文電腦輔助網頁資料庫設計軟體，提供人性化的交談式操作介面，並藉著電腦記憶容量大、準確和快速計算能力之優點，簡化一般在從事殼管式熱交換器設計時，看圖查表及繁雜計算等瑣碎費時的工作。使用者能迅速而簡易地獲取可靠的計算結果，以資參考利用，而且滿足法規的規定，達成殼管式熱交換器之幾何形狀與性能的設計要求。本文所用的方法，是以電腦存放設計殼管式熱交換器所需的數據與理論及經驗公式，計算殼側及管側工作流體之熱傳量、熱對流係數、熱傳面積，殼內徑等。設計者在設計時具有更大的選擇性，能在極短的時間內，很快速且方便地變換輸入參數，得到符合性能之不同尺寸之熱交換器，俾能比較選擇之用，相當具有工程應用價值。本電腦輔助網頁資料庫設計軟體具備功能有：(1)對一現有之殼管式熱交換器進行性能評估。(2)當告知殼側及管側工作流體之進出口溫度、殼側質量流率與管數後，從事尺寸設計。在結構設計上根據T. Kuppan[1]所著之“Heat Exchanger Design Handbook”一書及管式熱交換器製造協會TEMA[2][3] (Tubular Exchanger Manufactures Association)法規之規定，並將常用材料、材料性質內建於程式中，免除設計時所需花費之繁瑣工作，以達最佳操作或設計及節省花費在實驗上之時間與金錢。

The purpose of this paper is to write a Computer Assisted Webpage Database Design software over Shell Tube Heat Exchangers suitable for use on Personal Computers, which at the same time, provides a humanize dialogue-based operating interface. The objective is achieved by utilizing a free shareware named PHP language which is executable on UNIX, Linux and Windows platforms; combined with MySQL Database capable of processing extensive databases. Furthermore, taking advantages of the extensive storage capacity, precise and fast computing ability of the computer, it is possible to simplify some generally trivial, time-consuming activities such as graphic chart consultation and complex calculations encountered in the process of designing Shell Tube Heat Exchanger. The above mentioned will permit the user to easily and quickly obtain reliable results for further reference and utilization. Meanwhile, it doesn’t only meet with the geometric and performance requirements when designing Shell Tube Heat Exchanger, but also with the requirements of the regulations. The methodology employed in this paper is as follows: To calculate working fluid of shell side and tube side, heat transfer coefficient, heat transmission area, shell bore by applying theories, data, and empirical formulation required for the designing of Shell Tube Heat Exchanger stored in the computer. This will allow more selectivity to the designer engaged in the designing process. Furthermore, it is possible to change input parameters conveniently and quickly in a very short period of time and thus, obtain various dimensions of heat exchangers suited for respective performances. Owing to its comparability and selectivity, its value on engineering applicability increases. This Computer Assisted Webpage Database Design program features the following functions: (a) Performance assessment of a shell-and-tube heat exchanger. (b) Perform dimensional design after I/O temperature of the working fluid of shell side and tube side, shell side mass flow rate and the number of tubes are provided. The activity of structural designs shall follow the regulations established by the “Heat Exchanger Design Handbook”, by T. Kuppan[1] and the TEMA[2][3] (Tubular Exchanger Manufactures Association). Information on widely used materials and their characteristics are to be embedded into the program in order to avoid excessive and complex procedures encountered on the designing process; henceforth, achieving optimum operation or design as well as the economization of time and fund required for lab experiments.

第一章 緒 論…………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………...1
1.2 文獻回顧………………………………………………...1
1.3 研究動機與目的………………………………………...4
第二章 熱交換器的種類及材料……………………………………..5
2.1 熱交換器的種類………………………………………...5
2.2 熱交換器的材料………………………………………...6
第三章 熱交換器的構造與設計……………………………………..8
3.1 熱交換器的型式………………………………………...8
3.2 熱交換器的構造………………………………………...9
3.3 熱交換器的構造設計規範…………………………….14
3.4 構造設計及相關法規………………………………….15
3.5 熱交換器的設計……………………………………….16
第四章 熱交換器基本理論與數學方程式…………………………17
4.1 基本理論……………………………………………….17
4.2 基本假設……………………………………………….17
4.3 數學方程式…………………………………………….18
4.4 設計熱交換器管數與殼內徑之計算………………….19
第五章 PHP程式軟體與MySQL資料庫………………………….25
5.1 PHP簡介………………………………………………..25
5.1.1 PHP的優點…………………………………………...25
5.2 MySQL簡介……………………………………………27
5.2.1 MySQL的特質……………………………………….28
5.3 熱交換器PHP程式庫簡介……………………………29
5.4 殼管式熱交換器計算設計實例………………………..30
第六章 結果比較與討論……………………………………………32
第七章 結論…………………………………………………………58
7.1 本文結論……………………………………………….58
7.2 未來研究建議………………………………………….59
參考文獻……………………………………………………………..61
圖 目 錄
圖2.1 殼管式熱交換器最簡單的型式…………………………….64
圖3.1 殼管式熱交換器的各部構造……………………………….65
圖 3.2 殼管式熱交換器基本構造………………………………….66
圖 3.3 管側回流數及溝槽，管板的隔板及溝槽………………….67
圖 3.4 回流室的構造……………………………………………...68
圖 3.5 豎立型檔板形式…………………………………………...69
圖 4.1 平行流及逆向流…………………………………………...70
圖 4.2 程式設計流程圖…………………………………………...71
圖 5.1 熱交換器程式網頁首頁…………………………………...72
圖 5.2 輸入基本資料……………………………………………...73
圖 5.3 輸出結果…………………………………………………...76
圖 6.1 管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管數 與管外徑 變化比較圖……………………..77
圖 6.2 管外徑 = 6.35mm，隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管數 與管間距 變化比較圖………………………78
圖 6.3 管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管數 與隔板間距 變化比較圖……………………79
圖 6.4 管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管數 與管長 變化比較圖…………………………80
圖 6.5 隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm管數 與管間距 變化比較圖………………..81
圖 6.6 管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm管數 與隔板間距 變化比較圖……………..82
圖 6.7 管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm管數 與管長 變化比較圖…………………..83
圖 6.8 隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm管數 與管外徑 變化比較圖………………………..84
圖 6.9 管外徑 = 6.35mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm管數 與隔板間距 變化比較圖………………………85
圖 6.10管外徑 = 6.35mm， 隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm管數 與管長 變化比較圖…………………….86
圖 6.11管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm管數 與管外徑 變化比較圖………………………..87
圖 6.12管外徑 = 6.35mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm管數 與管間距 變化比較圖………………...88
圖 6.13管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm管數 與管長 變化比較圖…………………...89
圖 6.14管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm管數 與管外徑 變化比較圖………………90
圖 6.15管外徑 = 6.35mm， 隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm管數 與管間距 變化比較圖……………….91
圖 6.16管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm管數 與隔板間距 變化比較圖……………92
圖 6.17管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流殼內徑 與管外徑 變化比較圖…………………..93
圖 6.18管外徑 = 6.35mm，隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流殼內徑 與管間距 變化比較圖……………………94
圖 6.19管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流殼內徑 與隔板間距 變化比較圖………………………...95
圖 6.20管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流殼內徑 與管長 變化比較圖………………………96
圖 6.21隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm殼內徑 與管間距 變化比較圖……………..97
圖 6.22管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm殼內徑 與隔板間距 變化比較圖…………………...98
圖 6.23管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管外徑 = 6.35，9.53mm殼內徑 與管長 變化比較圖………………..99
圖 6.24隔板間距 = 100mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm殼內徑 與管外徑 變化比較圖……………………100
圖 6.25管外徑 = 6.35mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm殼內徑 與隔板間距 變化比較圖………………….101
圖 6.26管間距 = 6.35mm， 隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管間距 = 20，40mm殼內徑 與管長 變化比較圖………………...102
圖 6.27管間距 = 20mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm殼內徑 與管外徑 變化比較圖……………………103
圖 6.28管外徑 = 6.35mm，管長 = 1000mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm殼內徑 與管間距 變化比較圖…………….104
圖 6.29管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流隔板間距 = 100，200mm殼內徑 與管長 變化比較圖……………….105
圖 6.30管間距 = 20mm，隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm殼內徑 與管外徑 變化比較圖………….106
圖 6.31管外徑 = 6.35mm， 隔板間距 = 100mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm殼內徑 與管間距 變化比較圖…………...107
圖 6.32管外徑 = 6.35mm，管間距 = 20mm之殼側一回流管側一回流與殼側一回流管側二回流管長 = 1000，2000mm殼內徑 與隔板間距 變化比較圖………...108
表 目 錄
表 2.1 殼管式熱交換器材質…………………………………….109
表 2.2 適用溫度與材料選定…………………………………….110
表 3.1 外殼的最小厚度…………………………………………..112
表 3.2 標準外殼內徑……………………………………………..113
表 3.3 流路選擇基準例…………………………………………..114
表 3.4 管板之最小厚度…………………………………………..114
表3.5 管外徑與適用例…………………………………………...115
表3.6 TEMA CLASS 〝RCB〞傳熱管……………………………115
表 3.7 傳熱管的最小厚度………………………………………..117
表 3.8 管排列與管間距…………………………………………..117
表 3.9 相關法規一覽表…………………………………………..118
表 3.10 相關規格一覽表(日本)…………………………………...119
表 4.1 (4.20)式中的C，m常數…………………………………...119
表 6.1 圖6.1~6.4,6.17~6.20數據表……………………………...120
表 6.2 圖6.5~6.7,6.21~6.23數據表……………………………...121
表 6.3 圖6.8~6.10,6.24~6.26數據表…………………………….123
表 6.4 圖6.11~6.13,6.27~6.29數據表…………………………...125
表 6.5 圖6.14~6.16,6.30~6.32數據表…………………………...127

〔1〕 T. Kuppan.,“Heat Exchanger Design Handbook”, Marcel Dekker,Inc.,New York. Basel, 2000.
〔2〕 “Standard of Tubular Exchanger Manufacturers Association.”, TEMA, 6th ed, New York, 1978.
〔3〕 Standards of the Tubular Exchanger Manufactures Association,
7th, TEMA Inc, 1988.
〔4〕 Colburn, A. P.,“A Method of Correlation Forced Convection
Heat Transfer Data and Comparison with Fluid Friction”, Trans. AIChE, Vol. 29, pp.174—210, 1933.
〔5〕 Grimison, E.D., “Correlation and Utization of New Data of Flow Resistance and Heat Transfer for Cross-Flow of Gases over Tube Banks ”, J., Heat Transfer, Vol. 59, No.7, pp. 589-594, 1937.
〔6〕 Donohue, D. A., Pet. Refiner, Part 1, August 1955; Part 2, October 1955; Part 3, November 1955; Part 4, January 1956.
〔7〕 Kern, D.Q., “Process Heat Transfer”, McGraw-Hill, New York, 1950.
〔8〕 Tinker, T., J., “ Heat Transfer”, Vol. 80,pp.36-52, 1958.
〔9〕 Tinker,T.,“Shell Side Characteristics of Shell and Tube Heat Exchangers”, Parts 1, 2, and 3, General Discussion of Haet Transfer Proc. Institution of Mechanical Enginneers , London 1951.
〔10〕Palen, J. W., Taborek, J.,“Solution of Shell Side Flow Pressure Drop and Haet Transfer by Stream Analysis Method”, Chem Eng. Prog. Symp. Ser, Vol 65, No.92, 1969.
〔11〕 Bell , k. J. “Final Report of the Cooperative Research program on Shell-and-Tube Heat Exchangers”, University of Delaware Eng. Exp. Sat. sull. 5, 1963.
〔12〕Bell, K.J., Exchanger Design Based on the Delaware Research Program, Petroleum Chemical Engineer, pp.26-36, 1960.
〔13〕Fraas, A.P. and Ozisik, M.N., Heat Exchanger Design, John Wiley & Sons, New York, 1965.
〔14〕Palen, J.W., Heat Exchanger Source Book, Hemisphere Publishing Co, 1986.
〔15〕Taborek, J., Input Data and Recommended Practices, Heat Exchanger Design Handbook, HEDH, Vol. 3. sec.3.3 1983.
〔16〕Heat exchanger Design Handbook, Hemisphere Publishing Co.,
New York, 1996.
〔17〕Bell, K.J., Preliminary Design of Shell-and-Tube Heat Exchangers, Heat Exchanger Source Book, Edited by Palen, J.W., PP.107-128, 1986.
〔18〕張育瑞, “殼管式熱交換器之電腦輔助設計”, 成功大學機械工程學研究所碩士論文, 1990.
〔19〕林家興,“殼管式熱交換器電腦輔助機械強度設計” , 成功大學機械工程學研究所碩士論文, 1991.
〔20〕Kays, W.M. and London, A.L., Compact Heat Exchanger, McGraw-Hill, 1993.
〔21〕周明宏, “殼管式熱交換器設計探討”, 台灣海洋大學機械與輪機工程學研究所碩士論文, 1997.
〔22〕呂宏哲, “冷凝物件導向設計程式”, 台灣海洋大學機械與輪機工程學研究所碩士論文, 1998.
〔23〕王冠得, “殼管式熱交換器VB程式設計”, 台灣海洋大學機械與輪機工程學研究所碩士論文,1999.
〔24〕戴啟楷, “冷凍空調用熱交換器之性能測試及電腦輔助設計軟體開發” , 成功大學機械工程學研究所碩士論文, 2000.
〔25〕許大勇, “鰭管式及殼管式熱交換器之性能測試和即時監控系統之建立” , 成功大學機械工程學研究所碩士論文, 2001.
〔26〕林廣台、李世榮, “熱傳遞”, 高立圖書有限公司, 2版, 1993.
〔27〕徐永錢、張簡國平、黃金龍, “裝置設計及實習”, 高立圖書有限公司, 2版, 1989.
〔28〕李昭仁等,“熱交換器”,第四版, 高立圖書有限公司, 4版, 1990.
〔29〕Frank P. Incropera and David P. Dewitt., “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”, Fourth Edition, John Wilei & Sons , New York.,1996.
〔30〕Sieder, E.N., and G.E. Tate, Ind. Eng. Chem., 28, 1429, 1936.
〔31〕Whitaker, S., AIChE J., 18, 361, 1972.
〔32〕Zhukauskas, A.,“Heat Transfer from Tubes in Cross Flow,” in J.
P. Hartnett and T.F. Irvine, Jr., Eds., Advances in Heat Transfer,
Vol. 8, Academic Press, New York, 1972.