U型管式換熱器設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)及關(guān)鍵部件有限元分析

1、U型管式換熱器設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)及關(guān)鍵部件有限元分析摘 要此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于U型管式換熱器設(shè)計(jì)的Visual Basic程序軟件開(kāi)發(fā)及關(guān)鍵部件有限元分析。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括U型管式換熱器設(shè)計(jì)前提和設(shè)計(jì)方案的確定、對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的尺寸的計(jì)算和選擇、核算熱流量和壁溫、計(jì)算換熱器內(nèi)流體的壓降，再對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算主要有對(duì)換熱管束的型號(hào)選擇和設(shè)計(jì)選擇確認(rèn)換熱管的排列布置形式；對(duì)封頭、管板、管箱、殼體內(nèi)徑、拉桿和折流板的計(jì)算及法蘭和支座選取和其它附件的計(jì)算選取等。然后再以此工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用Visual Basic結(jié)構(gòu)清晰明白的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理念，從而設(shè)計(jì)出一種改變初始條件即可以一

2、鍵列出所需U型管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的軟件。再利用ANSYS10.0軟件對(duì)本次設(shè)計(jì)的管式換熱器中的關(guān)鍵部件的受力范圍分析和校核，使得設(shè)計(jì)更加的準(zhǔn)確和合理?？傊撥浖昧薞B可以創(chuàng)建多個(gè)窗口，每個(gè)窗口利用各自所編寫(xiě)的代碼既保證自身的獨(dú)立性但又可以相互聯(lián)系的特點(diǎn)，讓數(shù)據(jù)能夠自行輸入，并在軟件中添加了相關(guān)的信息提示，從而使本次設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞：換熱器，U型管，工藝計(jì)算，Visual Basic，ANSYS10.0U-tube Heat Exchanger Design Software Development and Finite Element Analysis of Key Compo

3、nentsABSTRACT The content of this design is based on the Visual type tube heat exchanger design Basic U program software development and key components of the finite element analysis. In short, the software is using VB can create multiple windows, and each window has its own design part of the calcu

4、lation, the written code to make each form between independent and there is a link, let the data to their own input, and in software add relevant information tips, so as to make the design more accurThe main content of this design includes U type tube heat exchanger; the size of the initial conditio

5、ns, process of determining structure calculation, heat flows from the accounting and wall temperature calculation, calculation for heat exchanger fluid pressure drop, parts of the selection and calculation of check. The calculation process is mainly including the calculation results of heat exchange

6、r selection, calculate and determine the design of the heat exchanger heat area; structure calculation process are selection of heat transfer tube type and heat transfer tube arrangement, the shell diameter calculation and selection, calculation of the calculations of flow plate selection, takeover

7、and other accessories selection. Then to calculate the structure for this process as a basis for the design, the use of visual basic structure is clear and clear structured program design concept, to design a kind of changing the initial conditions that can be a key list of U type tube for heat exch

8、anger design and calculation results of software. Using ANSYS10.0 software to analyze and check the force range of the key components of the design of the tube type heat exchange.KEY WORDS: heat exchanger，U-tube，Process calculation，Visual Basic，ANSYS10.0目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc7615 前言 PAG

9、EREF _Toc7615 1 HYPERLINK l _Toc4721 第1章 U型管式換熱器的工藝計(jì)算 PAGEREF _Toc4721 2 HYPERLINK l _Toc28998 1.1 換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)前提 PAGEREF _Toc28998 2 HYPERLINK l _Toc21946 1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc21946 2 HYPERLINK l _Toc15991 1.1.2 設(shè)計(jì)前提 PAGEREF _Toc15991 2 HYPERLINK l _Toc14110 1.2 設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc14110 2 HYPERLINK l

10、 _Toc5379 1.2.1 設(shè)計(jì)方案的確定 PAGEREF _Toc5379 2 HYPERLINK l _Toc17020 1.2.2 流體基本參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc17020 3 HYPERLINK l _Toc18566 1.3 U型管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 PAGEREF _Toc18566 4 HYPERLINK l _Toc7986 1.3.1 熱流量的計(jì)算 PAGEREF _Toc7986 4 HYPERLINK l _Toc25664 1.3.2 平均溫度差的計(jì)算 PAGEREF _Toc25664 4 HYPERLINK l _Toc28561 1.3.3

11、根據(jù)熱流量估算換熱面積 PAGEREF _Toc28561 4 HYPERLINK l _Toc23838 1.3.4 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的確定 PAGEREF _Toc23838 4 HYPERLINK l _Toc18731 1.3.5 換熱器的校核 PAGEREF _Toc18731 7 HYPERLINK l _Toc32090 1.3.6 壁溫核算 PAGEREF _Toc32090 8 HYPERLINK l _Toc29815 1.3.7 各部分流體阻力的計(jì)算 PAGEREF _Toc29815 9 HYPERLINK l _Toc7700 第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選取 PAGEREF _T

12、oc7700 11 HYPERLINK l _Toc22165 2.1 換熱管束 PAGEREF _Toc22165 11 HYPERLINK l _Toc9851 2.2 封頭的計(jì)算 PAGEREF _Toc9851 12 HYPERLINK l _Toc15933 2.3 管板的計(jì)算 PAGEREF _Toc15933 13 HYPERLINK l _Toc17800 2.4 管箱的計(jì)算 PAGEREF _Toc17800 15 HYPERLINK l _Toc21792 2.5 殼體的計(jì)算 PAGEREF _Toc21792 16 HYPERLINK l _Toc16992 2.6 拉桿

13、的計(jì)算 PAGEREF _Toc16992 17 HYPERLINK l _Toc16699 2.6.1 拉桿結(jié)構(gòu)形式 PAGEREF _Toc16699 17 HYPERLINK l _Toc24776 2.6.2 拉桿的直徑和數(shù)量 PAGEREF _Toc24776 17 HYPERLINK l _Toc7669 2.7 折流板的計(jì)算 PAGEREF _Toc7669 18 HYPERLINK l _Toc607 2.8 法蘭的選擇 PAGEREF _Toc607 19 HYPERLINK l _Toc29440 2.9 支座的選擇 PAGEREF _Toc29440 20 HYPERLI

14、NK l _Toc12914 第3章 Visual Basic軟件編程 PAGEREF _Toc12914 21 HYPERLINK l _Toc16202 3.1 主要設(shè)計(jì)模塊及流程 PAGEREF _Toc16202 21 HYPERLINK l _Toc31144 3.1.1 流程圖 PAGEREF _Toc31144 21 HYPERLINK l _Toc8332 3.2 編輯程序 PAGEREF _Toc8332 21 HYPERLINK l _Toc32729 3.2.1 進(jìn)入VB的基本界面 PAGEREF _Toc32729 21 HYPERLINK l _Toc9268 3.2

15、.2 初始參數(shù)窗體的編輯 PAGEREF _Toc9268 22 HYPERLINK l _Toc30155 3.2.3 計(jì)算換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的窗體 PAGEREF _Toc30155 23 HYPERLINK l _Toc29888 3.2.4 換熱器面積裕度的校核的窗體 PAGEREF _Toc29888 26 HYPERLINK l _Toc19882 3.2.5 壁溫核算和各部分壓降的窗體 PAGEREF _Toc19882 27 HYPERLINK l _Toc28349 3.3 換熱器基本結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28349 29 HYPERLINK l _Toc1

16、6506 3.4 換熱器的匯總窗體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc16506 34 HYPERLINK l _Toc17170 第4章 關(guān)鍵部件的有限元分析 PAGEREF _Toc17170 36 HYPERLINK l _Toc20432 4.1 U型換熱管的有限元分析 PAGEREF _Toc20432 36 HYPERLINK l _Toc14391 4.1.1 單元類(lèi)型和材料屬性的建立 PAGEREF _Toc14391 36 HYPERLINK l _Toc11920 4.1.2 換熱管模型的建立 PAGEREF _Toc11920 36 HYPERLINK l _Toc27269

17、4.1.3 網(wǎng)格劃分 PAGEREF _Toc27269 37 HYPERLINK l _Toc4244 4.1.4 載荷的施加 PAGEREF _Toc4244 38 HYPERLINK l _Toc11216 4.1.5 查看結(jié)果 PAGEREF _Toc11216 38 HYPERLINK l _Toc8275 4.2 管板的有限元分析 PAGEREF _Toc8275 40 HYPERLINK l _Toc25817 4.2.1 設(shè)定單元類(lèi)型和材料屬性 PAGEREF _Toc25817 41 HYPERLINK l _Toc4873 4.2.2 創(chuàng)建管板模型 PAGEREF _Toc

18、4873 41 HYPERLINK l _Toc12134 4.2.3 網(wǎng)格的劃分 PAGEREF _Toc12134 42 HYPERLINK l _Toc22262 4.2.4 載荷的施加 PAGEREF _Toc22262 42 HYPERLINK l _Toc22014 4.2.5 查看結(jié)果 PAGEREF _Toc22014 43 HYPERLINK l _Toc29863 結(jié)論 PAGEREF _Toc29863 45 HYPERLINK l _Toc3740 謝 辭 PAGEREF _Toc3740 46 HYPERLINK l _Toc17251 參考文獻(xiàn) PAGEREF _T

19、oc17251 47 HYPERLINK l _Toc12239 外文資料翻譯 PAGEREF _Toc12239 49前言換熱器是將不同溫度流體進(jìn)行熱量的交換，從而可以使某些流體升溫或者降溫，來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的工藝流程的溫度的裝置1。其不僅能將流體進(jìn)行換熱，更重要一點(diǎn)在某些情況下還可以對(duì)熱量回收，從而來(lái)達(dá)到降低工藝成本的目的。U型管式換熱器屬于管殼式換熱器的范疇，管殼式換熱器的應(yīng)用非常的廣泛。特別在一些參數(shù)較高的工況條件下，管殼式換熱器能更加地凸顯其優(yōu)勢(shì)。U形管式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，占用面積少，便于設(shè)計(jì)且運(yùn)行操作起來(lái)十分便捷；換熱性能好，熱媒出口溫度低，熱能利用率高，節(jié)能效果好;管束能夠抽出，清

20、洗方便。它在結(jié)構(gòu)上有簡(jiǎn)單、密封好、承壓能力強(qiáng)等特點(diǎn)。此類(lèi)換熱器的缺點(diǎn)主要有：由于本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得對(duì)管程清洗顯得十分困難，所以選擇流入管程的流體顯得尤為重要。另外管子本身的U形存在使管板的中心結(jié)構(gòu)有不小的空隙，從而相應(yīng)地降低面積及空間利用率；U型管式換熱器的內(nèi)層管子報(bào)廢率高等。所以在本次設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)流入管程和殼程的流體安排需進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎肌Ｍㄟ^(guò)查閱資料得知在現(xiàn)階段各國(guó)的換熱器水平都有了很快速的進(jìn)步和發(fā)展，且此類(lèi)換熱器的研究方向主要集中將傳熱系數(shù)提高、傳熱面積的適當(dāng)增加、將傳熱溫差適當(dāng)?shù)厣呷齻€(gè)方面來(lái)提高強(qiáng)化傳熱。從而將換熱器變得更加節(jié)能、環(huán)保、高效。一般地，對(duì)于U形管式換熱器的常規(guī)設(shè)計(jì)中，大部分都

21、是一些重復(fù)的計(jì)算，這樣不僅浪費(fèi)很多時(shí)間；而且最壞的情況就是在最后的階段我們求得的結(jié)果也不一定是正確的，到頭來(lái)一場(chǎng)空。特在本次設(shè)計(jì)中首先設(shè)計(jì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)計(jì)算；另外利用Visual Basic（VB）的結(jié)構(gòu)化窗口的特點(diǎn)，利用程序編碼對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。這樣不僅可省下因查找公式浪費(fèi)的時(shí)間，也能更加準(zhǔn)確快速對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，提高其準(zhǔn)確性。最后用ANSYS對(duì)關(guān)鍵部件分析得到相應(yīng)的應(yīng)力變形圖，從而對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容有一個(gè)更加深刻的了解。第1章 U型管式換熱器的工藝計(jì)算1.1 換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)前提1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)U型管式換熱器設(shè)計(jì)1.1.2 設(shè)計(jì)前提以下面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為例：被冷卻的流體：混合熱空氣進(jìn)

22、口溫度: T=140出口溫度: T=50設(shè)計(jì)壓力：2.5Mpa冷卻的介質(zhì)類(lèi)型：循環(huán)冷卻水冷卻水的用量：50000Kg/h進(jìn)口溫度：t=40出口溫度：t=50設(shè)計(jì)壓力：1.0Mpa1.2 設(shè)計(jì)步驟1.2.1 設(shè)計(jì)方案確定1.換熱器的類(lèi)型：U型管式換熱器2.一般根據(jù)以下幾個(gè)因素來(lái)考慮并最終確認(rèn)流體在換熱器管腔內(nèi)的流動(dòng)路徑：(1)對(duì)那些容易造成換熱器堵塞的流體，要避免走不容易清洗的管腔。(2)換熱器的殼程一般不允許有腐蝕性的流體在其管腔內(nèi)流動(dòng)。這樣既能節(jié)約耐腐蝕材料的使用量，從而減少換熱器的設(shè)計(jì)成本。(3)一般地壓強(qiáng)低的流體應(yīng)該走殼程。綜合以上的考慮因素及U型管換熱器本身的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)容易結(jié)垢造成管

23、堵塞的流體本人認(rèn)為應(yīng)走殼程。故本次設(shè)計(jì)方案安排的流體流動(dòng)的路徑是：管程通入混合熱空氣，殼程通入循環(huán)冷卻水。1.2.2 流體基本參數(shù)的確定流體的定性溫度是流體進(jìn)出口溫度的平均溫度。故管程混合熱空氣的定性溫度為T(mén)= (150+40)1/2=95管程內(nèi)的混合熱空氣在此定性溫度下的物性參數(shù)：密度 kg/m3定壓比熱容 J/（kg.K）熱導(dǎo)率 W/(m.K)運(yùn)動(dòng)粘度 V1= 2.2110-3 m2/s動(dòng)力粘度 1 =2.1510-5 Pa.s普朗特?cái)?shù) 殼程管腔流動(dòng)的冷卻水在此定性溫度下的物性參數(shù)：密度 kg/m3定壓比熱容 J/（kg.K）熱導(dǎo)率 W/(m.K)運(yùn)動(dòng)粘度 V2= 6.07510-7m2/

24、s 動(dòng)力粘度 2=6.01410-4 Pa.s普朗特?cái)?shù) 1.3 U型管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程1.3.1 熱流量的計(jì)算設(shè)計(jì)設(shè)定冷卻水的用量：m=50000Kg/hQ= mCp2 ()/3600 =579722Wt （1-1）混合熱空氣質(zhì)量流量： （1-2）1.3.2 平均溫度差的計(jì)算 （1-3）求得R=9，P=0.1，查得溫度校正系數(shù)=，故選擇單殼程單管。1.3.3 根據(jù)熱流量估算換熱面積由前面流體的物性參數(shù)初選傳熱系數(shù)=140W/(m2.k)，估算傳熱面積： （1-4）取Ac = 114 1.3.4 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的確定1.對(duì)換熱管材質(zhì)、規(guī)格參數(shù)和管內(nèi)流速大小的確定 為使其排列顯得比較緊湊，并適

25、當(dāng)?shù)卦龃髠鳠崦娣e，故選擇較小的管徑從而使金屬的消耗量相對(duì)較少、并且傳熱系數(shù)相對(duì)而言有很大提高。綜合確定本次設(shè)計(jì)選用的換熱管規(guī)格為：規(guī)格25mm2.5mm的碳鋼鋼管。查取流體有相對(duì)應(yīng)的流動(dòng)速度。故本次設(shè)計(jì)初選取=30m/s。換熱管外徑和內(nèi)徑分別是=0.025m ，=0.020m ，因此所選擇換熱管平均直徑=0.0225m。2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)確定單程管程所需要的管子的數(shù)目根據(jù)下面的公式：根 （1-5） 需要換熱管長(zhǎng)度為： （1-6）查找換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)，考慮到此次設(shè)計(jì)換熱器的管程數(shù)目確定換熱管長(zhǎng)度規(guī)格為=4.5m。管心距：mm,查表取標(biāo)準(zhǔn)m隔板中心和與其最近一排換熱管管中心的距離是管中心距。管中心

26、距的長(zhǎng)度是：mm各程相近管的管心距為mm。3.殼體內(nèi)徑確定 求管束中心排管數(shù)根 （1-7）由殼體計(jì)算公式求得：m （1-8） 取殼體內(nèi)徑500mm4.折流板確定此次選用弓形折流板弓形折流板圓缺高度為：mm根據(jù)所選殼體內(nèi)徑尺寸查表得折流板間間距為：折流板數(shù)量為：個(gè) （1-9） 取整為14個(gè)。5.接管的確定(1)殼程流體的進(jìn)出口接管:接管水的流速為： m/s，殼程的體積流量：=50000/990.2=50.5/hm （1-10）則圓整后可取管徑的規(guī)格大小為mm。(2)管程流體的進(jìn)出口接管：管程的接管內(nèi)氣體流速：=30m/s，管程的流體的體積流量：/s則管程接管內(nèi)徑為m （1-11）則圓整后取管徑規(guī)

27、格為mm。1.3.5 換熱器的校核1.殼程校核表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為： （1-12）當(dāng)量直徑為：m （1-13）流體流通截面積：（1-14）殼程流體流速：m/s （1-15）殼程雷諾數(shù)為： （1-16）殼程普朗特?cái)?shù)為：殼程熱導(dǎo)率為：粘度校正系數(shù)為：因水被加熱，故選取(/)0.0141帶入公式（1-12）得：=3379W/(.K) 2.管程校核表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 （1-17）流體流速：ui=30m/s雷諾數(shù)：=deui/= （1-18）熱導(dǎo)率為：普朗特?cái)?shù)：=0.6666帶入公式（1-17）得=302W/(m2.k) 3.污垢熱阻和管壁熱阻：換熱管管外側(cè)污垢熱阻：Rso=換熱管管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi=換熱管熱

28、導(dǎo)率為：16.4W/(m.k).4.總傳熱系數(shù)Kc： （1-19）換熱管的平均直徑： （1-20）綜合以上數(shù)據(jù)代入公式1-19可得183.33W/(.k)，5.檢查傳熱面積裕度預(yù)估算換熱器傳熱面積為：Ac=114 換熱器的傳熱面積為： （1-21）故本次設(shè)計(jì)的面積裕度計(jì)算為： （1-22）所得結(jié)果在0-0.35之間，屬于合理范圍。1.3.6 壁溫核算壁溫核算由下面公式求得： （1-23） =302W/(.k) =3379W/(.k)得=90.9，此數(shù)值為傳熱管的平均壁溫，此值近似算作殼體上的溫度T=95殼體上的溫度和傳熱管的溫度之間的差值為：t=95-90.9=4.1由于所求的t數(shù)值較小,所以

29、不用加設(shè)裝置進(jìn)行溫度補(bǔ)償。1.3.7 各部分流體阻力的計(jì)算這部分計(jì)算主要就是為了看前面設(shè)計(jì)是否滿足換熱器的設(shè)計(jì)要求。如算的的結(jié)果不符合要求則需要重新設(shè)計(jì)，重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足條件為止。1.管程流體阻力的計(jì)算：對(duì)于雙管程的換熱器，總流動(dòng)阻力等于各程阻力和局部阻力之和13。計(jì)算公式如下： （1-24）流過(guò)直管段的流體因摩擦而引起的管程阻力為: （1-25）由于Re=71023，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，查得=0.04，流速u(mài)=30m/s，所以由公式（1-22）得=10307(Pa)流過(guò)回彎管的流體因摩擦而引起的壓力降為：(Pa) （1-26）對(duì)于的碳鋼鋼管，按照經(jīng)驗(yàn)=1.4。由于管程為雙管程，故=2。所以由公式

30、（1-21）得=(10307+3435) 21.4=41229(Pa)由于Pa允許壓強(qiáng)降,因此滿足要求。2.殼程流體阻力計(jì)算：殼程中流動(dòng)的流體收到的總阻力等于流體經(jīng)過(guò)管束收到的阻力加上通過(guò)折流板缺口的流體收到的阻力相加。計(jì)算公式如下： （1-27）流體流過(guò)管束的流動(dòng)的阻力為： （1-28）根據(jù)管子的排列方式知F=0.5。當(dāng)500的時(shí)候，故。有前面條件：m/s =15 =14故計(jì)算可得：=71982.3(Pa)流體流過(guò)折流板缺口的流動(dòng)的阻力為： （1-29）有公式可得：(Pa)流體流過(guò)折流板缺口阻力：總的流體流動(dòng)阻力為：，故U型換熱管的許用應(yīng)力為： (2-10)代入數(shù)據(jù)得：16564.133.換

31、熱管管板參數(shù)以及系數(shù)管板開(kāi)孔后的面積為： (2-11)由公式2-8的：管板布管區(qū)的面積為：三角形排列： (2-12)代入數(shù)據(jù)的：管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑為： (2-13)代入數(shù)據(jù)的：綜述，本次設(shè)計(jì)管板通過(guò)墊片與殼體法蘭相連接，管板的結(jié)構(gòu)形式為平板式。表2-4管板的尺寸表公稱(chēng)直徑DD1D2D4D5=D6bb1螺栓規(guī)格d螺栓孔數(shù)質(zhì)量/kg5006305904905435004033M16232448.52.4 管箱的計(jì)算管箱的主要作用是讓流體可以均勻的進(jìn)來(lái)和出去。管箱厚度計(jì)算的參數(shù)如下：表2-5管箱厚度的設(shè)計(jì)參數(shù)管箱材料設(shè)計(jì)溫度/設(shè)計(jì)壓力/MPa許用應(yīng)力/MPa焊縫系數(shù)管箱內(nèi)徑/mmQ235B1501

32、.761250.85500其計(jì)算公式如下： （2-14）計(jì)算厚度為：有計(jì)算可知，管箱的厚度為4.18mm即可滿足條件，經(jīng)過(guò)查表在管箱內(nèi)徑大于500mm時(shí)，管箱短節(jié)的厚度最小為10mm。本次設(shè)計(jì)管箱的厚度如下表所示：表2-6管箱厚度設(shè)計(jì)厚度/（mm）名義厚度/（mm）圓整后取值/（mm）管箱厚度/（mm）有效厚度/（mm）7.184.785206.42.5 殼體的計(jì)算在換熱器的外表面結(jié)構(gòu)中，主要是由殼體、管箱以及封頭三部分組成，并且三者承受的壓力大小基本相同，因此本次設(shè)計(jì)中三者的材料選用同一種。表2-7管箱厚度殼體材料設(shè)計(jì)溫度/設(shè)計(jì)壓力/MPa許用應(yīng)力/MPa焊縫系數(shù)管箱內(nèi)徑/mmQ235B15

33、01.76MPa125MPa0.85500mm計(jì)算殼體壁厚： （2-15)計(jì)算厚度：當(dāng)殼體內(nèi)徑是 500mm，最小的壁厚的選擇為10mm,綜合得本次設(shè)計(jì)壁厚取10mm。2.6 拉桿的計(jì)算2.6.1 拉桿結(jié)構(gòu)形式拉桿的結(jié)構(gòu)形式一般分成以下兩種：拉桿定矩管結(jié)構(gòu)和拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)。2.6.2拉桿的直徑和數(shù)量拉桿直徑選取表2-8拉桿直徑的選取換熱管外徑d25 拉桿直徑do101216由表2-8可知，本次取拉桿直徑為16mm。2.拉桿數(shù)量的確定表2-9拉桿數(shù)量選用表3m時(shí)。取L1=(0.50.7)由于本次設(shè)計(jì)換熱管的長(zhǎng)度為4.5m,是大于3m的，所以在布置支座時(shí)應(yīng)遵循以上原則。如下是所選支座的具體數(shù)

34、據(jù)。表2-14支座的選擇公稱(chēng)直徑/mm允許載荷/KN支座高度/mm底板腹板筋板墊板螺栓間距/mm/mm/mmmm/Mmmm弧長(zhǎng)50060200380120889684802006260其中支座的質(zhì)量為9kg，材料為Q235A。第3章 Visual Basic軟件編程3.1 主要設(shè)計(jì)模塊及流程3.1.1流程圖在進(jìn)行程序編輯的過(guò)程之前，我們需對(duì)前面的手工計(jì)算繪制一個(gè)流程圖，其目的主要是方便編程序，條理清晰讓人一目了然。圖3-1程序設(shè)計(jì)流程3.2 編輯程序3.2.1 VB的基本界面圖3-2開(kāi)始使用窗體界面3.2.2 初始參數(shù)窗體的編輯初始窗體顯示的內(nèi)容主要包括混合熱空氣、冷卻循環(huán)水兩種選擇流體以及其

35、進(jìn)出口溫度及定性溫度，最后根據(jù)這個(gè)溫度差表得到該溫度下該流體的各種物性參數(shù)等。這些數(shù)值都是在表中直接查的的，是固定的，大小可以直接在程序中體現(xiàn)，如果有需要改動(dòng)的地方則直接在程序中修改程序即可。設(shè)計(jì)界面如3-3，由于換熱器本身由管程和殼程兩部分組成，所以直接在窗體內(nèi)設(shè)置兩個(gè)一樣的frame控件來(lái)將管程和殼程的所需的參數(shù)直接呈現(xiàn)在眼前。由于combobox控件具有可以使換熱器的設(shè)計(jì)多樣化，編不同的代碼可讓其有不同的數(shù)值的特點(diǎn)，從而能改變其初始溫度和設(shè)計(jì)壓力，從而達(dá)到設(shè)計(jì)內(nèi)容中關(guān)于軟件編程要求。點(diǎn)擊“查詢”按鈕后彈出另外一個(gè)窗體會(huì)顯示相應(yīng)的物性參數(shù)。下圖3-3是初始參數(shù)的窗體：圖3-3參數(shù)窗體界面3

36、.2.3 計(jì)算換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的窗體對(duì)于本窗體，它的主要功能是根據(jù)前面窗體求得的各種物性參數(shù)計(jì)算換熱面積。如果在計(jì)算的過(guò)程中需要查找相應(yīng)的物性參數(shù)，點(diǎn)擊窗體上的“查詢”按鈕即可，相應(yīng)的參數(shù)就會(huì)直接出現(xiàn)在窗口上面。如要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，方法就是需要在程序中直接進(jìn)行修改。這種情況一般是不需要做更改的，如果實(shí)在是有需要更改的必要，則采取的方法是直接在所編輯的程序中輸入其他相應(yīng)定性溫度下的參數(shù)即可。設(shè)計(jì)本窗體的顯示內(nèi)容主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程、換熱管的規(guī)格和長(zhǎng)度的確定、換熱管的布置排列方式和關(guān)系到換熱器傳熱、選取最優(yōu)的殼徑四個(gè)部分組成。由圖是我們可以清楚的看見(jiàn)后面三部分的進(jìn)行需要第一部分的結(jié)果作為前

37、提條件。最后選擇的殼體內(nèi)徑是根據(jù)求得的內(nèi)徑大小參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)選擇。本窗口顯示內(nèi)容如下圖3-4所示:圖3-4工藝結(jié)構(gòu)窗體界面下面是此窗體部分的相應(yīng)的程序：1.平均傳熱溫差的計(jì)算：Private Sub Command1_Click()Dim a As Single,bAs Single, c As Single, r As Single, dAs Singlec = Val(Form2.Combo4.Text)d = Val(Form2.Combo5.Text)a = Val(Form2.Combo1.Text)b= Val(Form2.Combo2.Text)r= (c - d) - (

38、b - a) / Log(c - d) / (b - a)Text1.= Format(e, 00.00)End Sub2.換熱管長(zhǎng)度的預(yù)算：Private Sub Command20_Click()Dim pAs Single, qAs Single, lAs Single, m As Single, t As Singlep = Text4.Textq= Text23.Textl= Text5.Textm = a * 1000 / b / 3.14 / d Text22. = Format(r, 0.00)End Sub下面是此窗體部分的相應(yīng)的程序：3.折流板數(shù)NB：Private Sub

39、 Command3_Click()Dim pAs Single, q As Single, lAs Single, mAs Singlep = Val(Form5.Combo1.Text)q = Val(Text2.Text)l= (a - 100) / b - 1Text3. = eEnd Sub3.2.4 換熱器面積裕度的校核的窗體本窗體的內(nèi)容顯示的任務(wù)是計(jì)算比較設(shè)計(jì)選擇的選換熱器的面積裕度是否符合要求、是否在允許的范圍內(nèi)；它的主要方法是計(jì)算管程管束和殼程管束的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，再查表查得所需要的一些數(shù)據(jù)，將公式在程序中編入，最后將得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果與前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果符合則進(jìn)行下面的操作

40、；如果不符合，則退出程序?qū)η懊娴臄?shù)據(jù)修改重復(fù)前面的操作。本窗體的主要內(nèi)容如下圖3-5所示：圖3-5換熱器面積裕度校核的窗體界面下面是此窗體部分的相應(yīng)的程序：1.殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算：Private Sub Command4_Click()Dim pAs Single, q As Single, lAs Single, mAs Single, t As Single, f As Singlep= Val(Text1.)q= Val(Text5.)l = Val(Text3.)m= Val(Form2.Text12.)t = 0.36 * d * (b 0.55) * (c (1 / 3) /

41、aText7. = Format(t, 0000)End Sub2.計(jì)算總傳熱系數(shù)：Private Sub Command9_Click()Dim aAs Single, s As Single, d As Single,f As Single, gAs Single, hAs Single, j As Single, k As Single,l As Single, zAs Single, xAs Single, c As Single, vAs Singlea = Val(Form5.Text5.Text)s= Val(Text12.Text)d = Val(Form5.Text7.Tex

42、t)f = Val(Text13.Text)g = Val(Form5.Text6.Text)h= Val(Form5.Text8.Text)j = Val(Text14.Text)k= Val(Text7.Text)l = a1 / (a2 * a3)z = a4 * a1 / a3x = a5 * a1 / a6 / 1000 / 16.5c = 1 / a8v= 1 / (o + p + a11 + a + s)Text15. = Format(d, 0.00)End Sub3.2.5 壁溫核算和各部分壓降的窗體進(jìn)行壁溫的核算的目的主要是通過(guò)計(jì)算求得的結(jié)果判斷是否需要額外的溫度補(bǔ)償裝置。

43、經(jīng)過(guò)將殼體上的溫度和傳熱管的溫度之間的差值進(jìn)行比較，一鍵即可判斷其是否在允許范圍內(nèi)。下圖是窗體設(shè)計(jì)內(nèi)容：圖3-6壁溫和壓力降校核的窗體界面下面是此窗體部分的相應(yīng)的程序：1.傳熱管平均壁溫的計(jì)算：Private Sub Command1_Click()Dim pAs Single, qAs Single, lAs Single, m As Single, aAs Single, s As Single, d As Singlep = Val(Form2.Text8.Text)q = Val(Form2.Text1.Text)l= Val(Form7.Text12.Text)m = a1a= Va

44、l(Form7.Text7.Text)s = a3d = (w / e + q / t) / (1 / r + 1 / y)Text1. = Format(u, 0.0) End Sub2.殼程壓力降的校核：Private Sub Command9_Click()Dim a As Singleb= Val(Text9.)If b 在左下角彈出的對(duì)話框中選擇 45。2.材料屬性的定義GUI：Main 在左下角彈出的對(duì)話框中一次雙擊選中、，在該對(duì)話框中輸入材料的屬性：EX=200000，PRXY=0.4。 4.1.2換熱管模型的建立GUI：Main 在左下角彈出的對(duì)話框中，依次輸入設(shè)計(jì)好的值。再對(duì)

45、換熱管的分析過(guò)程中我們采取切一半的方式使得清晰的看到換熱管的內(nèi)外部應(yīng)力變化，從而對(duì)換熱管進(jìn)行評(píng)估分析。我們需要知道的是將管子切一半并會(huì)不影響壓力對(duì)管子造成的影響。建立換熱管模型圖4-1U如下：圖4-1U型換熱管模型4.1.3網(wǎng)格劃分GUI： 劃分圖如下： 圖4-2管網(wǎng)格劃分4.1.4載荷的施加1.選擇分析的類(lèi)型GUI： 在左下角彈出的對(duì)話框，選擇，單擊OK按鈕。2.施加約束GUI: GUI： 分別對(duì)U型管換熱管的里面、外面和下表面施加約束。3.施加對(duì)稱(chēng)約束GUI: B.C 在中間彈出的對(duì)話框中，選中相對(duì)于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)面的各個(gè)表面，點(diǎn)擊確定即可。4.施加載荷GUI： 分別選取各個(gè)表面，施加選好的設(shè)計(jì)

46、壓力。5.保存所求數(shù)據(jù)在提前建好的文件夾中。6.求解GUI： LS左上角彈出 ,即是求解完成。4.1.5查看結(jié)果1.讀取結(jié)果GUI： 2.變形云圖的顯示GUI: 在中間彈出的對(duì)話框中的 欄中選擇DOF 下面子選項(xiàng)的 ，即可顯示出變形云圖。圖4-3變形云圖3.應(yīng)力云圖的顯示GUI: 在左下角彈出的對(duì)話框中的 欄中選擇下面的子選項(xiàng)的 ，即可顯示應(yīng)力云圖。圖4-4應(yīng)力云圖通過(guò)上面的變形云圖和應(yīng)力云圖的分析的結(jié)果可以了解到的是，管子相對(duì)而言有些向外彎曲的變形。我認(rèn)為造成這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是換熱管表面的內(nèi)側(cè)與外側(cè)的壓力大小不一樣，才會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管在工作的過(guò)程中出現(xiàn)上述情況。對(duì)于上面對(duì)圖的分析和分析問(wèn)題

47、出現(xiàn)的原因，本人認(rèn)為的解決方案主要是如果這種向外變形地程度比較大，我們能采取的措施就是通過(guò)加厚管子來(lái)增強(qiáng)管子的強(qiáng)度。如果這種方法還是沒(méi)有效果，就只能通過(guò)重新對(duì)罐子的材料和規(guī)格進(jìn)行選擇，達(dá)到最終能夠正常的使用。4.2 管板的有限元分析分析管板我們可以知道，管板主要受到內(nèi)外表面的壓力，以及管板上加的孔對(duì)管板造成的破壞。4.2.1設(shè)定單元類(lèi)型和材料屬性1.設(shè)定單元類(lèi)型GUI：Main 在左下角彈出的對(duì)話框中選擇 45。2.材料屬性的定義GUI：Main 在左下角彈出的對(duì)話框中一次雙擊選中、，在該對(duì)話框中輸入材料的屬性：EX=192000，PRXY=0.5。4.2.2創(chuàng)建管板模型圖4-5管板模型GUI

48、：Main 和前面換熱管的步驟是一樣的，只需按照尺寸畫(huà)即可。4.2.3網(wǎng)格的劃分GUI： 圖4-6網(wǎng)格劃分4.2.4載荷的施加1.施加約束GUI： 對(duì)管板的上下兩個(gè)表面和開(kāi)孔的地方施加約束。2.施加載荷GUI： 在左下角彈出的對(duì)話框中分別對(duì)約束過(guò)的各個(gè)面施加載荷。3.保存所求數(shù)據(jù)。4.2.5查看結(jié)果1.變形云圖GUI: 在左下角彈出的對(duì)話框中的 欄中選擇DOF 下面子選項(xiàng)的 ，顯示出變形云圖。圖4-7變形圖2.應(yīng)力云圖GUI: 在左下角彈出的對(duì)話框中的 欄中選擇下面的子選項(xiàng)的 ，顯示出應(yīng)力云圖。圖4-8應(yīng)力云圖通過(guò)上面的變形云圖和應(yīng)力云圖的分析的結(jié)果可以了解到的是，管子相對(duì)而言有些向外彎曲的變

49、形。我認(rèn)為造成這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是換熱管表面的內(nèi)側(cè)與外側(cè)的壓力大小不一樣，才會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱管在工作的過(guò)程中出現(xiàn)上述情況。對(duì)于上面對(duì)圖的分析和分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，本人認(rèn)為的解決方案主要是如果這種向外變形地程度比較大，我們能采取的措施就是通過(guò)加厚管子來(lái)增強(qiáng)管子的強(qiáng)度。如果這種方法還是沒(méi)有效果，就只能通過(guò)重新對(duì)罐子的材料和規(guī)格進(jìn)行選擇，達(dá)到最終能夠正常的使用。 結(jié)論本次設(shè)計(jì)的題目是對(duì)U型管式換熱器軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部件有限元分析。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，前期通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)館等能夠獲取的資源進(jìn)行查閱并搜集整理大量資料，之后進(jìn)行的就是換熱器的整體設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。手工設(shè)計(jì)計(jì)算的工作內(nèi)容主要是包括：計(jì)算流體的定性

50、溫度查找物性參數(shù)、換熱器的面積估算、熱流量和換熱管長(zhǎng)度選取等工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)對(duì)換熱器進(jìn)行合理的選擇。最后就是根據(jù)算的的結(jié)果校核壓力降和壁溫判斷其合理性，最終確定各個(gè)結(jié)構(gòu)件尺寸參數(shù)。第二部分就是在手工計(jì)算的基礎(chǔ)上利用vb軟件本身的多窗口創(chuàng)建便利性，能夠直接將計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)以及查取的數(shù)據(jù)輸入到vb程序中進(jìn)行窗體程序編碼。最后利用ANSYS10.0軟件自身的優(yōu)勢(shì)來(lái)分析換熱器主要部件（管板和折流板）的應(yīng)力分析圖，來(lái)判斷容易遭到破壞的部分，從而采取相應(yīng)的措施能準(zhǔn)確的進(jìn)行改善和維修。在對(duì)換熱器的整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅充分的利用了教學(xué)資源，還充分地發(fā)揮了計(jì)算機(jī)便利性的特點(diǎn)，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)深

51、入了解和熟練掌握了此類(lèi)換熱器的整個(gè)工作流程和設(shè)計(jì)流程，明白了充分的準(zhǔn)備是成功的必不可少條件。但在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也存在以下問(wèn)題：對(duì)于設(shè)計(jì)的題目的實(shí)物沒(méi)有接觸過(guò)，不能做到有實(shí)質(zhì)性地了解和深刻的認(rèn)識(shí)，所以很難十分清楚準(zhǔn)確的理解其結(jié)構(gòu)組成成分和相應(yīng)的工作流程，這在一定程度上影響了本次設(shè)計(jì)的進(jìn)度和準(zhǔn)確性；另外VB與分析軟件ANSYS不能直接構(gòu)建起聯(lián)系，在一定程度上增加了設(shè)計(jì)所花的時(shí)間等。在這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，本人最大的收獲是我通過(guò)對(duì)U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)組成成分以及工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程，對(duì)整個(gè)過(guò)程有了很深的理解；對(duì)于平常用的極少的VB和ANSYS軟件，也有了一定的理解和認(rèn)識(shí)。明白了只要愿意付出時(shí)間和實(shí)際行動(dòng)，“

52、成功”也不是遙不可及。謝 辭時(shí)光荏苒，轉(zhuǎn)眼四年的大學(xué)生活即將畫(huà)上句號(hào)，即將到了說(shuō)再見(jiàn)的時(shí)候。在這四年的大學(xué)生活里對(duì)每個(gè)人的影響是巨大的。我們由剛進(jìn)入大學(xué)校園時(shí)的懵懂無(wú)知，到現(xiàn)在走出校園時(shí)的成熟穩(wěn)重；在這段彌足珍貴的生活里我獲得的不僅僅是豐富專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，更為重要的是學(xué)會(huì)走入社會(huì)一種為人處事的方式。在這四年大學(xué)生活里，最需要感謝的就是每一位老師的辛勤付出，在學(xué)習(xí)和生活上給與我們最大的幫助，這令我的心里滿懷感激之情。首先，在此非常感謝本次設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師余炳輝老師的指導(dǎo)與幫助。余老師在論題的選擇、思路的設(shè)計(jì)和論文的編寫(xiě)等各個(gè)環(huán)節(jié)都密切關(guān)注、盡心盡力的提供幫助。及時(shí)與我進(jìn)行溝通和交流，對(duì)我遇到的問(wèn)題和困難

53、耐心地指導(dǎo)，可以這樣說(shuō)這篇論文的完成離不開(kāi)老師付出。在生活中老師也是平易近人，我們的交流顯得格外的輕松。在此，向余老師致以深深的敬意和由衷的感謝。其次，在此還要感謝所有的老師，感謝這四年的辛勤付出。專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和鞏固離不開(kāi)你們的幫助和教導(dǎo)。四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝，但這彌足珍貴的大學(xué)生活將會(huì)是我人生中最美好的回憶。在今后的生活和工作當(dāng)中我將已更加飽滿的情懷和更加積極的心態(tài)面對(duì)。無(wú)論遇到什么樣的困難，都堅(jiān)強(qiáng)地走下去！最后，我要對(duì)本文進(jìn)行審閱和參加本人論文答辯的各位師長(zhǎng)表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)陳敏恒, 叢德滋, 方圖南. 化工原理（上冊(cè)）. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008. 錢(qián)頌文. 換熱器設(shè)

54、計(jì)手冊(cè). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.8 陳敏恒, 叢德滋, 方圖南. 化工原理（下冊(cè)）. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008. 薛曉萍, 韓育. visual basic程序設(shè)計(jì). 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2009. 王松漢. 石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)（第1卷）石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. 王松漢. 石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）化工單元過(guò)程. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. 涂偉萍, 陳佩珍, 程達(dá)芳. 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000. 鄭津洋, 董其伍, 桑芝富. 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì), 第2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

55、 賈紹義, 柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì). 天津: 天津科學(xué)技術(shù)出版社, 2002. 盧煥章等. 石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1993. 王志文, 蔡仁良. 化工容器設(shè)計(jì). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005. 付家新, 王為國(guó), 肖穩(wěn)發(fā). 化工原理課程設(shè)計(jì). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010. 方書(shū)起. 化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.8.馬江權(quán), 冷一欣. 化工原理殼程設(shè)計(jì). 北京: 中國(guó)石化出版社, 2009. 陳英南, 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì). 上海: 華東理工大學(xué)出版社, 1993. 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 管式換熱器. GB151

56、-1999S. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2000. 林卓然. VB語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(第二版). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009. 沈建蓉, 單貴. 大學(xué)VB程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社, 2007. 李紅云, 孫雁. ANSYS10.0基礎(chǔ)及工程應(yīng)用.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.李功祥，陳蘭英.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì).廣州:華南理工大學(xué)出版社，2008. 外文資料翻譯外文資料翻譯 The fixed tube plate exchanger designPlate heat exchanger manufacturing and technological progres

57、s, plate type of increase, raising the plate heat exchanger of the various pracesses of adaptation.The NUT，smalltm the plate heat exchanger to meet the district cooling and heat. pump units evaporator, condenser requirements. from the above analysis know,tm is the driving force of heat transfer, if

58、tm small, means that the driver of small, to achieve the heat transfer between the two fluid, we must increase heat transfer Coefficient, increasing heat transfer area, in order to Heat to make up too large, is the only increase heat transfer coefficient K.Shallow plate of corrugated Beijing, Beijin

59、g is the heat transfer equipment manufacturers limited liability company developed a new type of plat。the heat transfer coefficient of about 7000W/m2K，is the level of the flat corrugated board two times, is chevron Corrugated sheets of 1.5 times, in the regional cooling, the detection oftm is about

60、1.2. As in ice storage of ethylene glycol and chilled water use in the heat exchanger,tm is about 1.5.Plate evaporator, condenser plate Beijing, Beijing is also the heat transfer equipment manufacturers limited liability companies adapt to the development of a new type of heat pump units in the heat