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管壳式换热器计算机辅助设计与优化研究

马龙潭  
【摘要】:管壳式换热器广泛应用于各个领域的工业设备,具有选材范围广、清洗方便、适应性强等特点,在国民经济中具有非常重要的作用。随着人们节能意识和要求的不断提高,作为能量交换设备的换热器,其研制和开发也备受重视。换热器计算机辅助设计技术是CAD在换热设备领域的具体应用,换热器的计算机辅助设计、优化、加工制造也是换热设备行业的发展趋势。 本工作致力于管壳式换热器CAD技术的开发研究,采用面向对象技术结合参数化设计方法,对换热器的设计过程、计算方法和优化设计方法进行分析研究,把换热器的设计与计算机辅助设计相结合,提出了适用于管壳式换热器设计的系统模型。建立并完善了设备材料数据库和标准零部件尺寸数据库,并在此基础上,以Visual Basic语言为开发工具,对SolidWorks进行二次开发,最终得到一个完整的换热器辅助造型系统。 本文首先根据换热器的设计计算流程,利用程序汇编语言编写了换热器的辅助计算设计程序,并编写了具有人性化的工作界面。用户只需按照自己的设计要求,选取合适的设计工况参数及初始结构参数,便可以通过计算机进行设计计算,并能根据设计结果给出零部件三维模型,直观的表达出换热器的外形,并且自动生成二维工程图,准确的应用在工业加工中。 本文还研究了基于火积耗散理论和遗传算法的换热器优化设计,可以依据火积耗散最小给出换热器的优化热力参数、阻力值和结构参数,并能生成优化后的三维结构图和工程图。本软件可以应用于弓形折流板换热器、连续螺旋折流板换热器和搭接螺旋折流板换热器的热力计算,阻力计算和结构计算。 本文所研究的管壳式换热器CAD系统实现了换热器研究开发与工艺设计、零部件设计、优化设计与工程图绘制的一体化与集成化。该系统不仅能够节能降耗、提高设计质量与效率、减少设备投资费用,而且能缩短开发周期、优化换热器设计、减少人力物力。


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