本文關(guān)鍵詞：含相變管殼式換熱器計算機輔助設(shè)計，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，然后綜述了國內(nèi)外研究進展及其存在的不足，最后簡述了本課題的研究內(nèi)容。

1.1 研究背景

管殼式換熱器有多種類型，按用途分為涉及相變傳熱的冷凝器、重沸器和無相變傳熱的換熱器[3]。在管殼式換熱器設(shè)計過程中，要對相關(guān)參數(shù)進行繁瑣復(fù)雜的計算，并且需要經(jīng)過多次試算調(diào)整，才能得到符合要求的設(shè)計結(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、實際工況的多樣性，使其對流換熱的過程要比單相流體傳熱的過程復(fù)雜的多。如果設(shè)計人員以手工完成這些工作，將會花費許多的精力和時間�？萍硷w速的發(fā)展，計算機以其特有的優(yōu)點，逐步被用于管殼式換熱器的輔助設(shè)計中[4,5]。

1.2 管殼式換熱器計算機輔助設(shè)計國內(nèi)外研究進展

1.2.1國外研究進展

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1.2.2國內(nèi)研究進展

我國在管殼式換熱器計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展相對緩慢，與發(fā)達國家比還是有一定差距。但是近年來，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)力促進中心開發(fā)了基于枚舉法的管殼式換熱器自動選型軟件，由于該軟件具有很強的數(shù)據(jù)庫連接功能，首先驗算數(shù)據(jù)庫中所有型號的換熱器，然后進行篩選，最后把符合要求的運行參數(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)重點實驗室開發(fā)了管殼式換熱器的設(shè)計軟件，集工藝計算、結(jié)構(gòu)、強度設(shè)計于一體，界面友好，靈活方便。軟件中設(shè)置開放性的數(shù)據(jù)庫，人和機器可以交互查取圖表、幫助用戶進行繪圖以及自動生成設(shè)計文件[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行釜式再沸器傳熱設(shè)計，歸納了物性計算公式，并編寫了釜式再沸器設(shè)計界面[23]。

1.2.3存在的不足

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展為管殼式換熱器設(shè)計帶來了巨大變化，使設(shè)計人員擺脫了繁瑣的計算。雖然管殼式換熱器計算機輔助設(shè)計已取得了顯著成果，但是在其中仍然存在一些問題：

1.3 課題研究內(nèi)容

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

（1）國家已經(jīng)頒布了管殼式換熱器的設(shè)計標(biāo)準和幾種常用換熱器的標(biāo)準系列，在換熱器設(shè)計時擬按照標(biāo)準系列進行設(shè)計，可以使設(shè)計比較規(guī)范。實際工況紛繁多變，即使按照標(biāo)準系列設(shè)計，許多參數(shù)也要根據(jù)生產(chǎn)實際設(shè)計確定，，因此，管殼式換熱器的設(shè)計基本上為非標(biāo)設(shè)計。因此，本課題設(shè)置利用標(biāo)準設(shè)計和人工選擇設(shè)計兩種方式來對冷凝器和重沸器進行設(shè)計選型和校核。利用標(biāo)準設(shè)計中，直接調(diào)用標(biāo)準序列表已有參數(shù)，再計算其他參數(shù)；人工選擇設(shè)計中，筆者參考多種文獻總結(jié)了冷凝器和重沸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法。

（2）根據(jù)管子類型、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。筆者對工藝計算公式進行了詳細的歸納與總結(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算機輔助設(shè)計系統(tǒng)由物性數(shù)據(jù)、換熱器設(shè)計和換熱器校核三大部分。筆者在原系統(tǒng)中添加了物性計算模塊中的汽液平衡計算、冷凝器物性數(shù)據(jù)計算和重沸器物性數(shù)據(jù)計算，換熱器設(shè)計模塊中的管外冷凝冷凝器設(shè)計、管內(nèi)冷凝冷凝器設(shè)計及重沸器設(shè)計，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。筆者對以上界面進行了合理設(shè)計，并編寫了對應(yīng)的程序代碼。

（5）在軟件設(shè)計中，還設(shè)置了輸出報表功能，方便用戶查看計算結(jié)果及對計算數(shù)據(jù)進行比較分析。最后，筆者利用換熱器系統(tǒng)對換熱器的三個工程實例進行了分析比較。

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