管壳式换热器热力计算软件的开发
郑 楠
【摘 要】基于面向设计对象和模块化编程的思想，以计算机语言为平台，结合数据分析软件，经过程序优化，开发了管壳式热交换器的热力计算软件。对于管壳式热交换器的设计，新开发的软件具有计算准确、操作简便、适应性广、界面友好等优点，有着重要的实用价值。 【期刊名称】电站辅机 【年(卷),期】2016(037)001 【总页数】4
【关键词】热交换器；管壳式；程序；设计；软件；热力计算；开发；界面
0 概述
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，实现不同温度流体间的热能传递。换热器是现代化生产中实现热量交换和传递不可缺少的设备。管壳式换热器的结构简单，具有耐高温高压等特点，已成为热交换设备的主流型式之一。随着换热器设计技术的进步，换热器的种类越来越多，也对设计制造提出了新的要求。因此，如何快速、准确地掌握其设计原理，并设计热交换器就显得至关重要［1］。
热力计算是设计热交换器的基础，但换热器的设计比较复杂和繁琐，需要进行多次计算及调整，才能达到令人满意的结果。因此，开发相应的辅助计算软件显得非常必要。现采用Visual Basic 6.0语言，开发了管壳式换热器设计软件，可使设计过程更加简化，提高了设计质量。不仅节省了计算时间，而且提高了设计精度，使得更快更合理地设计、改造换热器成为了可能［2-3］。
1 管壳式换热器设计方法
对于定型的管壳式换热器，设计思路是通过初估传热面积，从而计算出热交换器各部分的工艺尺寸，然后通过进一步的热力计算获得传热系数和实际所需传热面积。在满足面积裕度的情况下，进行压降（阻力）校核，主要有几个基本步骤。
（1）根据设计要求，搜集相关原始资料，选择换热器的类型及流程等。 （2）确定定性温度，查取物性参数。
（3）利用热平衡方程，计算热流量及冷流体或热流体的流量，计算公式为： 式（1）中：Q为换热器的传热量，kJ/h；qm1、qm2分别为热、冷流体质量流量，kg/h；Cp1、Cp2分别为热、冷流体介质比热容，kJ/（kg·℃）；T1、T2为热流体的进出口温度，℃；T3、T4为冷流体的出口和进口温度，℃。 （4）平均传热温差的计算。对于纯顺流或纯逆流情况下，计算公式为： 式（2）中：θ1、θ2分别为换热器两端流体温差，℃。 在其它流动形式下的换热器计算公式为：
式（3）中：Δt′m是按纯逆流计算的热交换器的平均温差，℃；ψ为温差修正系数，一般要求大于0.8。
（5）初选传热系数K0，计算出传热面积。
根据热平衡方程得到的换热量，初算平均温差和选取的传热系数，由传热方程可初步确定热交换器的传热面积：
（6）选择壳体材料和管材。根据工况要求，选定壳体及换热管材料。 （7）选定流动空间。确定流体的流动方式，选定流体的流动空间。
（8）计算换热器的工艺结构尺寸。选取换热管尺寸和管程流体的流速；确定管
程数、管长、总管数；确定壳程数；确定折流板的数目、间距、尺寸；确定管子排列方式、管间距、壳体内径和连接管直径等；选择其它附件。
（9）校核传热面积。根据管、壳程对流换热系数及污垢热阻、管壁热阻等，计算总传热系数K及传热面积A′。
式（5）中：di、d0、dm分别为换热管内径、外径、平均直径，m；hi、h0分别为管内、管外对流传热系数，W/（m2·K）；Ri、R0分别为管内、管外污垢热阻，（m2·K）/W；b为换热管的壁厚，m；λ为管壁的导热系数，W/（m2·K）。
考虑到换热计算公式的不定因素、恶劣的运行条件、日后严重结垢或泄漏造成堵塞等原因，要求初算的换热器传热面积A为计算出的所需传热面积A′的1.1～1.25倍。
（10）校核管程和壳程阻力。在计算传热系数K与初选值K0吻合，传热面积满足裕度要求的前提下，需进行壳程和管程的压降校核，以满足工艺流程条件。若上述条件均满足，则整体设计合理，反之，需调整结构尺寸，重新进行计算，直至满足设计要求［4］。
2 算法与设计软件的实现
2.1 算法
管壳式换热器设计软件由Microsoft Visual Foxpro数据库和六大基本模块组成，利用Visual Basic 6.0中Datagrid控件与VFP数据库建立联系。在设计计算、作图时，软件从数据库中检索并获得数据。
六大基本模块分别为数据输入模块、工艺结构计算模块、传热面积校核模块、压降校核模块、数据汇总及打印模块、曲线出图模块。各模块之间的关系如图
管壳式换热器热力计算软件的开发
