管壳式换热器设计软件开发

为提高管壳式换热器设计效率,以C#程序语言为平台,基于换热器壳侧传热性能指标/△1/3的优化设计开发了管壳式换热器计算软件,并用Excel生成计算报表。该软件包含传统弓形折流板换热器及一种新型换热器——三分螺旋折流板换热器的设计与校核计算。将实验数据与软件设计数据比较,软件设计有一定的优化效果;将实验数据与校核数据比较,软件计算准确性较高,可供工程设计及类似软件开发借鉴。采用软件计算了两种换热器的性能参数,结果证实了三分螺旋折流板换热器的优势。     

基于两相流型的EDR和HTRI计算立式热虹吸再沸器结果分析

EDR和HTRI是换热器设计、校核和模拟中广泛使用的软件,但是,当传热温差较大时,两款软件在立式热虹吸再沸器的计算中结果差异很大。基于EDR和HTRI对某项目的三台立式热虹吸再沸器进行的严格计算和参数优化,并通过再沸过程中气液两相流流型的分析,对两款软件的计算结果存在差异的原因进行了详细的剖析,确定了差异产生的原因是由于两款软件对于再沸器换热管内气化流型设置的不同造成的。与EDR不同的是,使用HTRI计算时会出现膜状流,降低对数平均温差是一个避免产生膜状流的有效手段。建议使用过程中结合生产经验数据,确定合适的总传热系数,从而选用需要的换热面积;或从工程设计的角度出发,采用传热系数较低的设计方案。     

管壳式换热器设计软件的开发

管壳式换热器的传统设计过程计算工作量大、效率低和设计质量不理想.本文在Windows环境中,以Visual Basic 6.0编程语言为平台,开发管壳式换热器的设计软件,集工艺计算、结构、强度设计于一体,界面友好,灵活方便.软件内设开放性数据库,实现了人机交互图表查取、辅助绘图以及设计文件的自动生成.软件计算准确,可供工程设计或教学使用,也可供类似软件的开发借鉴.     

换热网络综合中管壳式换热器设计研究进展

管壳式换热器应用广泛尤其是对其设计的研究,回顾了近年来单台管壳式换热器的工艺设计方法,并指出这些方法难以兼顾换热网络的节能降耗。许多研究者,在换热网络最优综合的同时提出了多种面积裕量优化设计方法,虽然考虑了换热网络中各换热器换热面积的优化,但并未考虑换热器的选型与详细设计。近年来,也有研究者基于换热网络综合进行管壳式换热器的详细设计研究,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法均是在给定的工况条件下进行设计,考虑到实际生产中工况条件经常发生变化,单台换热器的设计均采用超余设计难以保证总费用最小。最后,在此基础上,提出一种从灵敏度分析的角度出发以总费用最小为目标基于换热网络综合的管壳式换热器详细设计思路。     

多股流板翅式换热器翅片通道中传热的计算流体力学模拟及定性尺寸

板翅式换热器结构紧凑,传热效率高,常用于多个冷热物流之间的换热,但是其通道数量众多,其内部流道中的流场和温度分布很难用实验方法来测定。采用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS,针对锯齿形翅片模拟了板翅式换热器进出口的温度场分布,根据热量平衡和热量传递速率方程,对多股流板翅式换热器的各通道的温度分布进行模拟,并分别计算出各个流股在各个通道的二次传热表面最大传热距离,即通道定性尺寸。分别对两流股和三流股的2个板翅式换热器进行通道温度场分布CFD模拟,从而计算得到板翅式换热器的定性尺寸。对于两流股一冷一热交替排列的通道,数值模拟的定性尺寸与简化的经验方法计算结果都为翅片的一半,而对于三流股八通道的定性尺寸,中间的第四通道和第六通道的翅片定性尺寸大于基于传统计算方法得到的定性尺寸,对应的翅片效率小于传统方法得到的结果。基于板翅式换热器传热机理对结果分析表明,数值模拟结果比文献经验计算方法的结果更合理,即为板翅式换热器的设计提供了准确的基础参数,原因是数值模拟结果考虑了相邻多个通道热流量和温度对通道传热的影响,改进了传统方法仅考虑相邻通道热流量和温度的影响。     

管壳式换热器温度传感器测量的准确性校正

对于工业余热吸收式制冷系统中管壳式换热器温度参数测量不准确的问题,首先可以通过多点标定Pt500温度传感器测出的数据得出T-R特性关系,然后对此特性关系分段进行最小二乘法拟合,利用误差评估原理,确定出对Pt500温度传感器最佳的校正方程.最后,经试验验证实测T-R特性关系与此校正方程的逼近度最高,从而明显地提高了工业余热吸收式制冷系统管壳式换热器的温度测量的准确度.     

螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学（CFD）方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径四个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数,管内径,管缠绕圈数,管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。     

化工过程传热的计算机辅助计算

传热计算是化工计算中的重点和难点,其公式众多,计算过程繁琐。本文利用MATLAB语言强大的运算与图形表达功能,研究换热器的操作计算和设计计算,给出了计算机辅助计算的步骤。利用FLUENT软件的流体流动和传热问题的微观模拟功能,找到换热器内部的温度分布。证明有计算机辅助简化了化工过程中传热的计算,且可直观地理解换热器的传热过程。     

热交换器强化传热结构设计优化计算方法研究

针对管壳式热交换器强化传热设计问题，建立了结构参数优化计算模型，采用Ｂｅｌ方法进行热交换器的热力及水力计算，正交网络法进行优化计算。该计算方法能较准确地预测热交换器的性能及强化传热设计的潜力，为热交换器的改进设计提供可靠依据。     

利用温焓图自动综合多流股换热器网络

为合理、经济地利用能源,降低生产成本,综合考虑了温度、表面传热系数和材质等影响流股传热能力的因素,计算出温差贡献值来修正各流股的实际温度得到虚拟温度,基于虚拟温度作出温焓图,提出多流股换热器网络的综合策略和冷、热流股的匹配规则,得到一组串联的多流股换热器,直观有效地进行换热网络的设计和优化。最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

全钒液流电堆换热器顺/逆流效率研究

全钒液流电池(VRFB)的电堆内部工作温度不仅影响反应速度,而且影响电解液和膜的电导率、充电时间和循环能源效率,对电池的性能影响很大。VRB系统在实际应用中为了更好地控制温度,通过安装强制冷却装置如换热器进行温度调节,因此换热器的很多参数需进行优化设计。本文主要对控制电堆温度的换热器模块进行顺流和逆流下的效率分析,运用热力学理论,依据钒电池的热力学属性,通过Matlab/Simulink搭建VRB电堆热力学模型;在热力学定律的基础上研究电堆温度与时间函数的热模型,建立ε与传热单元数、冷热流体温度、传热功率参数之间的函数关系,分析在给定传热系数的条件下换热器效率优化,实现对电堆温度更好地控制,为电堆的实际运用提供设计参考。     

镍电解槽电流分布检测方法的仿真研究

研究镍电解槽电流分布可为判断电解是否正常提供有力依据.传统人工检测镍电解槽电流方法耗时耗力、判断短路/断路效果不佳,且镍电解车间存在温度较高、环境恶劣、实际测量困难等问题.针对上述问题以某镍厂镍电解槽阴极导电棒为研究对象,利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics(R)4.3a中的传热模块,建立合理的物理模型并进行有限元的计算分析.通过数值仿真和现场测试相结合的方法,研究在镍电解中通电稳定情况下导电棒温度与电流分布之间的关系.通过图像处理方法分析现场拍摄采集的图像,得到与温度成一定线性关系的像素值的分布图,并与仿真图像作对比.仿真结果可为镍电解电流分布和准确判断极板短路/断路提供模型参考和理论依据.     

CAE在强化传热节能减排中的应用

为解决管壳式换热器传热效率低下的问题,以最典型的列管式换热器为研究对象,建立换热管内置转子组合式强化传热装置的三维模型,模拟换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程,得到管内流体的流动规律和传热性能的计算结果. 模拟计算结果显示,内置转子组合式强化传热装置的换热管内尤其是近壁区域有较强的湍流度;转子与管壁之间缝隙内的流体有明显的螺旋环绕流动,可显著提高传热系数,并具有自清洁作用. 研究表明,利用CAE手段解决热交换过程的瓶颈问题,可大幅度提高能源利用效率,为实现节能减排的战略目标作出贡献.     

基于无网格方法的齿球型催化剂体相温度分布数值模拟

本文以真实齿球型加氢裂化催化剂三维体相环境为计算实体,以模拟工业运行温度的波动函数作为边界条件,采用无网恪数值方法求解傅立叶传热方程,并使用计算结果分析加氢裂化催化反应过程中外界温度波动对于催化剂内部温度分布的影响。计算结果表明:实际反应过程中催化剂内部并非等温反应,在加氢裂化反应过程中外界的反应温度波动以及催化剂内部的热点分布对于催化剂团簇内部的温度场分布有一定的影响作用。催化剂体相内部的平均温度也随着反应体系放热情况、催化剂粒径、原料油密度、反应空速以及催化剂内部热点分布情况的不同而有所变化。     

飞机座舱温度场数值仿真研究

要为飞机座舱空气分配系统以及飞机的环控系统提供更为可靠的设计依据.应寻求更加接近实际的座舱温度场的分布情况.根据飞机座舱内实际存在的传热过程,主要在导热-对流传热的基础上考虑了辐射传热,在利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对飞机座舱温度场的数值仿真过程中,加入了离散坐标辐射模型,主要壁面采用了对流-辐射混合热边界条件,而且考虑了太阳辐射对舱内温度场的影响.针对某战斗机的设计状态点对其座舱温度场进行仿真,得到了该条件下的舱内温度分布和辐射换热量,计算结果跟传统方法进行了比较,表明了实际性和可行性.     

多功能换热器数学模型的开发研究

针对目前国内用于化工流程仿真的换热器模块计算功能不全面的情况,为了提高通用仿真软件中换热器的计算功能,开发了换热器功能模型。改进的换热器模型能实现换热器计算热负荷,并能计算换热器面积。除此以外,还具有自动判断相变以及处理温度交叉现象的功能。首先对换热器计算功能进行了分类,然后基于物料平衡、热量平衡和总传热速率方程等分别建立其数学模型,并实现对模型的求解,最后以异丙醇、正丁醇、正戊醇的混合物为例进行了仿真计算。仿真结果与实验值基本吻合,平均相对误差较小。结果表明,数学模型的建立是正确的,可以用于换热器换热过程的仿真,并为实际生产过程提供理论基础和支持。     

“U型”双排排列辐射炉管的工业应用

为了掌握辐射炉管双排排布对其工艺性能及机械性能的影响,本文采用计算流体动力学方法对采用U型双排排列辐射炉管裂解炉辐射室的燃料燃烧、辐射传热、管内反应等进行了耦合模拟计算,管内采用简化裂解反应模型、管外燃料燃烧采用EDC详细化学反应模型、辐射传热采用Discrete Ordinates模型、计算采用标准κ-ε双方程模型。计算在Fluent 6.3软件中完成,计算得到了"U"型双排排列辐射炉管沿长度方向及周向的热强度分布及温度分布,管壁最高温度出现在距离炉底35%的炉膛高度位置,炉管"迎火面"与"背火面"的最大温度差为30℃左右。收集了采用本方案的工业装置实际运行数据,工业实测数据与数值模拟计算结果吻合较好。工业实际应用表明,"U"型双排排列辐射炉管不但工艺性能优良,同时还具有良好的抗弯曲变形的机械性能。     

基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合

提出了基于时间段模型(TSM)综合间歇过程换热器网络的方法,用虚拟温度法代替传统的单一最小传热温差,将各流股的温差贡献值作为决策变量,年度总费用最小作为目标函数建立数学模型.应用遗传膜拟退火算法对上述数学模型进行求解,分别获得每个时间间隔内的子换热器网络结构,并进一步对总换热器网络做结构优化,使其既满足流股的换热要求,又满足年费用最小.方法应用于实例计算,结果比基于最小传热温差获得的换热器网络年度总费用节省6.0%,换热器减少5台,说明这种方法既节省费用,又简化了网络结构.     

催化裂化提升管反应器数学模拟新方法

催化裂化提升管反应器数学模型基本上都是基于平推流反应器的假设建立起来的,但是由于其内部流动、传热以及反应过程非常复杂、偏离平推流较大,所以在模型的实际应用中必须用装置因数去校正,表现出较强的经验性,为了改变这种状况,本文通过研究分析,提出了对催化裂化提升管反应器进行多维微分模拟的研究方法,从根本上把反应器结构尺寸、物流入口条件,流动特征及传热特征等影响考虑进来,把流动、传热、传质、裂化反应以及湍流脉动作用全部纲入模型中,建立催化裂化提升管反应器的流动反应综合模型,通过对模型的求解,可以得到提升管反应器内催化剂颗粒及油气的速度分布、温度分布以及组分分布,从而揭示工业提升管反应器内的化学工程信息。这些数据对工业提升管反应器的设计、操作优化及新技术的实施都是十分重要的。     

不同形状换热管传热性能的CFD模拟及优化选型

针对一个工业换热器管程传热强化的要求,提出基于CFD模拟的换热管选型及其结构优化方法。选择普通圆管、扁管、螺旋扭曲扁管和内置扭带圆管4种不同形状的强化传热管为考察对象,借助流体力学模拟软件Fluent6.3,对不同传热管的内部参数分布、传热系数、压降大小和综合效果等进行了模拟和比较分析,结果表明螺旋扭曲扁管的综合传热效果最佳,其中传热系数比普通圆管提高了3倍,压降小于0.5 MPa,可满足工业换热器强化传热改进的要求。通过模拟取得了螺旋扭曲扁管适宜的结构参数范围,其中扭曲程度5~15,扁度为2~2.6,通过分析管内流场的分布,证明这种特殊结构换热管对流体湍动程度和传热效果有显著强化作用。