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u型管式换热器设计软件开发及关键部件有限元分析学士学位论文.doc
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洛阳理工学院毕业设计(论文)
I
U 型管式换热器设计软件开发及关键部件有限元分析
摘 要
此次设计的内容是基于 U 型管式换热器设计的 Visual Basic 程序软件开发及
关键部件有限元分析。
本次设计的主要内容包括 U 型管式换热器设计前提和设计方案的确定、对工
艺结构的尺寸的计算和选择、核算热流量和壁温、计算换热器内流体的压降,再
对计算结果进行校核。工艺结构计算主要有对换热管束的型号选择和设计选择确
认换热管的排列布置形式;对封头、管板、管箱、壳体内径、拉杆和折流板的计
算及法兰和支座选取和其它附件的计算选取等。然后再以此工艺结构计算的设计
为基础,利用 Visual Basic 结构清晰明白的结构化程序设计理念,从而设计出一
种改变初始条件即可以一键列出所需 U 型管式换热器的设计计算结果的软件。再
利用 ANSYS10.0 软件对本次设计的管式换热器中的关键部件的受力范围分析和校
核,使得设计更加的准确和合理。
总之,该软件利用了 VB 可以创建多个窗口,每个窗口利用各自所编写的代码
既保证自身的独立性但又可以相互联系的特点,让数据能够自行输入,并在软件
中添加了相关的信息提示,从而使本次设计更加准确。
关键词:换热器,U 型管,工艺计算,Visual Basic,ANSYS10.0
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洛阳理工学院毕业设计(论文)
II
U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN SOFTWARE
DEVELOPMENT AND FINITE ELEMENT ANALYSIS OF
KEY COMPONENTS
ABSTRACT
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 calculation, 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 conditions, 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 exchanger 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 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 exchanger
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
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洛阳理工学院毕业设计(论文)
I
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
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洛阳理工学院毕业设计(论文)
II
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
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洛阳理工学院毕业设计(论文)
1
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。
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