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管壳式换热器计算机辅助优化设计

马福华  
【摘要】:管壳式换热器在工业过程热量传递中应用最为广泛,它以其操作温度与压力范围大、制造成本低、清洗方便、处理量大、工作可靠等优点成为设计人员的首选。管壳式换热器的设计为依据其使用工况的非标设计,且其设计过程涉及到对有关物性参数、结构参数等进行反复试算、校核等,其工作量很大,设计质量不高。因此,利用计算机辅助设计,可大大提高工作效率和设计质量。 文中概述了管壳式换热器的特点及其研究现状,详述了其热力计算理论,总结了其设计流程,构建了管壳式换热器辅助设计系统的总体结构。该系统由物料物性计算模块、选型计算模块、校核计算模块三部分组成。在物性计算模块,对已知四个温度、一个流量和三个温度、二个流量两种情况分别进行了分析,实现了管壳程气液单组分或多组分密度、比热容、运动粘度、热导率等计算,且物性输入与计算同步进行。在选型计算模块,换热器形式包括固定管板式、U形管式、浮头式,管束支撑结构形式包括弓形折流板、折流杆、盘环形折流板,管型包括光管、螺纹管、波纹管;以壳程流速为控制指标,根据窗口处流通面积与两折流板间错流的流通面积比值在0.8-1.2范围,对折流板间距与圆缺率进行优化。在校核计算模块,对不同折流板类型、管型采用其相应的热力计算方法,对管壳程流通面积、传热系数、传热面积、压降进行校核,并以EXCEL报表形式输出计算结果,方便设计人员对比。论文最后详述了管壳式换热器辅助设计软件中的设计与校核流程及操作界面,并以某管壳式换热器设计为例,说明了此软件系统的实用性。 软件系统充分利用了Visual Studio.NET的人性化界面、SQL Sever有效储存与管理数据,考虑了管壳式换热器结构形式的多样性与影响换热因素的复杂性,实现了管壳式换热器物性计算、设计、校核于一体的功能,并可以进行500多种常用化工介质物理性质的计算。所开发的软件使得换热器设计中许多实际问题得到解决,用于管壳式换热器设计,大大减少了设计人员的工作量,提高了换热器的设计效率和设计质量,并对其他类型的换热器计算机辅助设计系统具有一定的参考价值。


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