U型管式换热器设计软件开发及关键部件论文.doc

U型管式换热器设计软件开发及关键部件毕业论文 目　录 前　言 1 第1章 U型管式换热器的工艺计算 2 1.1 换热器设计任务和设计前提 2 1.1.1 设计任务 2 1.1.2 设计前提 2 1.2 设计步骤 2 1.2.1 设计方案的确定 2 1.2.2 流体基本参数的确定 3 1.3 U型管式换热器的设计计算过程 4 1.3.1 热流量的计算 4 1.3.2 平均温度差的计算 4 1.3.3 根据热流量估算换热面积 4 1.3.4 工艺结构尺寸的确定 4 1.3.5 换热器的校核 7 1.3.6 壁温核算 8 1.3.7 各部分流体阻力的计算 9 第2章 结构设计与选取 11 2.1 换热管束 11 2.2 封头的计算 12 2.3 管板的计算 13 2.4 管箱的计算 15 2.5 壳体的计算 16 2.6 拉杆的计算 17 2.6.1 拉杆结构形式 17 2.6.2 拉杆的直径和数量 17 2.7 折流板的计算 18 2.8 法兰的选择 19 2.9 支座的选择 20 第3章 Visual Basic软件编程 21 3.1 主要设计模块及流程 21 3.1.1 流程图 21 3.2 编辑程序 21 3.2.1 进入VB的基本界面 21 3.2.2 初始参数窗体的编辑 22 3.2.3 计算换热器工艺结构尺寸的窗体 23 3.2.4 换热器面积裕度的校核的窗体 26 3.2.5 壁温核算和各部分压降的窗体 27 3.3 换热器基本结构的软件设计 29 3.4 换热器的汇总窗体设计 34 第4章 关键部件的有限元分析 36 4.1 U型换热管的有限元分析 36 4.1.1 单元类型和材料属性的建立 36 4.1.2 换热管模型的建立 36 4.1.3 网格划分 37 4.1.4 载荷的施加 38 4.1.5 查看结果 38 4.2 管板的有限元分析 40 4.2.1 设定单元类型和材料属性 41 4.2.2 创建管板模型 41 4.2.3 网格的划分 42 4.2.4 载荷的施加 42 4.2.5 查看结果 43 结　论 45 谢 辞 46 参考文献 47 外文资料翻译 49  前　言 换热器是将不同温度流体进行热量的交换，从而可以使某些流体升温或者降温，来达到设计所需要的工艺流程的温度的装置[1]。其不仅能将流体进行换热，更重要一点在某些情况下还可以对热量回收，从而来达到降低工艺成本的目的。U型管式换热器属于管壳式换热器的范畴，管壳式换热器的应用非常的广泛。特别在一些参数较高的工况条件下，管壳式换热器能更加地凸显其优势。U形管式换热器结构紧凑，占用面积少，便于设计且运行操作起来十分便捷；换热性能好，热媒出口温度低，热能利用率高，节能效果好;管束能够抽出，清洗方便。它在结构上有简单、密封好、承压能力强等特点。此类换热器的缺点主要有：由于本身结构特点使得对管程清洗显得十分困难，所以选择流入管程的流体显得尤为重要。另外管子本身的U形存在使管板的中心结构有不小的空隙，从而相应地降低面积及空间利用率；U型管式换热器的内层管子报废率高等。所以在本次设计过程对流入管程和壳程的流体安排需进行严谨的思考。 通过查阅资料得知在现阶段各国的换热器水平都有了很快速的进步和发展，且此类换热器的研究方向主要集中将传热系数提高、传热面积的适当增加、将传热温差适当地升高三个方面来提高强化传热。从而将换热器变得更加节能、环保、高效。一般地，对于U形管式换热器的常规设计中，大部分都是一些重复的计算，这样不仅浪费很多时间；而且最坏的情况就是在最后的阶段我们求得的结果也不一定是正确的，到头来一场空。特在本次设计中首先设计一组数据进行常规计算；另外利用Visual Basic（VB）的结构化窗口的特点，利用程序编码对计算过程进行参数化设计。这样不仅可省下因查找公式浪费的时间，也能更加准确快速对计算结果进行验算，提高其准确性。最后用ANSYS对关键部件分析得到相应的应力变形图，从而对设计内容有一个更加深刻的了解。 第1章 U型管式换热器的工艺计算 1.1 换热器设计任务和设计前提 1.1.1 设计任务 U型管式换热器设计 1.1.2 设计前提 以下面设计数据为例： 被冷却的流体：混合热空气 进口温度: T=140℃ 出口温度: T=50℃ 设计压力：2.5Mpa 冷却的介质类型：循环冷却水 冷却水的用量：50000Kg/h 进口温度：t=40℃ 出口温度：t=50℃ 设计压力：1.0Mpa 1.2 设计步骤 1.2.1 设计方案确定 1.换热器的类型：U型管式换热器 2.一般根据以下几个因素来考虑并最终确认流体在换热器管腔内的流动路径： (1)对那些容易造成换热器堵塞的流体，要避免走不容易清洗的管腔。 (2)换热器的壳程一般不允许有腐蚀性的流体在其管