本文關(guān)鍵詞：含相變管殼式換熱器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第一章 緒論

管殼式換熱器的應(yīng)用擁有悠久歷史，它在工業(yè)部門(mén)中被大量使用，尤其是在石油、能源、電力等行業(yè)中被廣泛使用。本章首先介紹了課題的研究背景，然后綜述了國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及其存在的不足，最后簡(jiǎn)述了本課題的研究?jī)?nèi)容。

1.1 研究背景

管殼式換熱器有多種類(lèi)型，按用途分為涉及相變傳熱的冷凝器、重沸器和無(wú)相變傳熱的換熱器[3]。在管殼式換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行繁瑣復(fù)雜的計(jì)算，并且需要經(jīng)過(guò)多次試算調(diào)整，才能得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。尤其是有相變傳熱的冷凝器和重沸器，由于出現(xiàn)物態(tài)的變化、實(shí)際工況的多樣性，使其對(duì)流換熱的過(guò)程要比單相流體傳熱的過(guò)程復(fù)雜的多。如果設(shè)計(jì)人員以手工完成這些工作，將會(huì)花費(fèi)許多的精力和時(shí)間�？萍硷w速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)以其特有的優(yōu)點(diǎn)，逐步被用于管殼式換熱器的輔助設(shè)計(jì)中[4,5]。

1.2 管殼式換熱器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

1.2.1國(guó)外研究進(jìn)展

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1.2.2國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)在管殼式換熱器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展相對(duì)緩慢，與發(fā)達(dá)國(guó)家比還是有一定差距。但是近年來(lái)，廣大熱工技術(shù)人員也做了大量研究工作。

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2009年太原理工大學(xué)和太原生產(chǎn)力促進(jìn)中心開(kāi)發(fā)了基于枚舉法的管殼式換熱器自動(dòng)選型軟件，由于該軟件具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接功能，首先驗(yàn)算數(shù)據(jù)庫(kù)中所有型號(hào)的換熱器，然后進(jìn)行篩選，最后把符合要求的運(yùn)行參數(shù)輸出至結(jié)果列表，這樣有了多種選擇[12]。

2008年河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了管殼式換熱器的設(shè)計(jì)軟件，集工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)于一體，界面友好，靈活方便。軟件中設(shè)置開(kāi)放性的數(shù)據(jù)庫(kù)，人和機(jī)器可以交互查取圖表、幫助用戶進(jìn)行繪圖以及自動(dòng)生成設(shè)計(jì)文件[13]。

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2002年北京化工大學(xué)的王剛利用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行釜式再沸器傳熱設(shè)計(jì)，歸納了物性計(jì)算公式，并編寫(xiě)了釜式再沸器設(shè)計(jì)界面[23]。

1.2.3存在的不足

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為管殼式換熱器設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大變化，使設(shè)計(jì)人員擺脫了繁瑣的計(jì)算。雖然管殼式換熱器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已取得了顯著成果，但是在其中仍然存在一些問(wèn)題：

1.3 課題研究?jī)?nèi)容

綜上所述，每種軟件都有其優(yōu)缺點(diǎn)。本課題就是借鑒上述軟件的優(yōu)點(diǎn)，解決其中的不足，在馬福華所開(kāi)發(fā)的管殼式換熱器設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行再次開(kāi)發(fā)。軟件經(jīng)過(guò)再次開(kāi)發(fā)后，將增加含相變的管殼式換熱器（冷凝器和重沸器）的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

（1）國(guó)家已經(jīng)頒布了管殼式換熱器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和幾種常用換熱器的標(biāo)準(zhǔn)系列，在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)擬按照標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)比較規(guī)范。實(shí)際工況紛繁多變，即使按照標(biāo)準(zhǔn)系列設(shè)計(jì)，許多參數(shù)也要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)確定，，因此，管殼式換熱器的設(shè)計(jì)基本上為非標(biāo)設(shè)計(jì)。因此，本課題設(shè)置利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和人工選擇設(shè)計(jì)兩種方式來(lái)對(duì)冷凝器和重沸器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型和校核。利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)序列表已有參數(shù)，再計(jì)算其他參數(shù)；人工選擇設(shè)計(jì)中，筆者參考多種文獻(xiàn)總結(jié)了冷凝器和重沸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算方法。

（2）根據(jù)管子類(lèi)型、管排型式、殼體型式、管徑大小及相變流體流程的不同，分別選用不同的公式。筆者對(duì)工藝計(jì)算公式進(jìn)行了詳細(xì)的歸納與總結(jié)，其中包括管內(nèi)冷凝冷凝器、管外冷凝冷凝器的傳熱性能和管殼程壓降的公式以及臥式熱虹吸式重沸器的熱通量、傳熱系數(shù)及安裝高度的公式。

（4）含相變管殼式換熱器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)由物性數(shù)據(jù)、換熱器設(shè)計(jì)和換熱器校核三大部分。筆者在原系統(tǒng)中添加了物性計(jì)算模塊中的汽液平衡計(jì)算、冷凝器物性數(shù)據(jù)計(jì)算和重沸器物性數(shù)據(jù)計(jì)算，換熱器設(shè)計(jì)模塊中的管外冷凝冷凝器設(shè)計(jì)、管內(nèi)冷凝冷凝器設(shè)計(jì)及重沸器設(shè)計(jì)，換熱器校核模塊中的管外冷凝冷凝器校核、管內(nèi)冷凝冷凝器校核及重沸器校核。筆者對(duì)以上界面進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，并編寫(xiě)了對(duì)應(yīng)的程序代碼。

（5）在軟件設(shè)計(jì)中，還設(shè)置了輸出報(bào)表功能，方便用戶查看計(jì)算結(jié)果及對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。最后，筆者利用換熱器系統(tǒng)對(duì)換熱器的三個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行了分析比較。

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