（化工过程机械专业论文）面向对象的板翅式换热器快速设计软件系统.pdf

硕士学位论文 摘要 板翅式换热器作为高效、紧凑式换热器的一种，已广泛应用于石油化工、能源动 力、冶金、制冷等工业领域。复杂的结构和多变的工况决定了板翅式换热器设计的多 样性，由此导致了开发周期长、设计效率低的问题，因此板翅式换热器的计算机辅助 设计倍受重视。面向对象技术在软件开发方面存在易维护、代码重用性高等特点，因 此利用面向对象技术结合板翅式换热器设计是板翅式换热器计算机辅助设计开发的 新趋势。 本文采用面向对象技术结合统一建模语言切儿，开发了面向对象的板翅式换热 器快速设计软件系统，主要的研究工作及结论如下： ( 1 ) 结合统一建模语言聊儿对面向对象的板翅式换热器软件系统进行了需求 分析、系统分析和系统设计，把板翅式换热器的设计和计算机辅助设计的概念相结合， 提出了板翅式换热器设计的一个系统模型，建立了系统的静态模型和动态模型。 ( 2 ) 利用s 砌c + + n e t 开发了两股流的热力设计模块，整理出常用的几十种 换热介质的物性计算经验公式，为板翅式换热器热力设计提供了有力的依据，并对板 翅式换热器进行了结构设计以及结构强度设计。 ( 3 ) 以p r o 删g i n e e r 为二次开发平台，实现了板翅式换热器零部件的三维参 数化绘图以及零件的自动装配功能。 ( 4 ) 通过具体的工程案例，介绍了本系统的使用方法和操作步骤，进一步验证 了该系统的可行性。 软件经过考题考核，表明系统可以准确、快速的为用户提供设计方案，大大提高 了板翅式换热器的设计速度，缩短了设计周期。本软件的研制过程也适用于其他的设 备设计软件开发。 关键词：板翅式换热器面向对象统一建模语言m 仉参数化绘图 a b s t r a c t a b s t r a c t a s0 1 1 ek i n do fl l i 曲- p e r f o 咖a n c ec o m p a c th e a te x c k m g e r s ，p l a t ef mh e a te x c b a l l g e r h a sb e e n 印p l i e dt 0m a i l yi 1 1 d u s t r i e s ，她c ha sp e 仃o c h e r n i c 甜e n 舀眺g ，c n e 唱ya n d p o 吧r ， m e t a j l u r g ya n dr e 衔g e r a t i o na n ds oo ni t sc o m p l i c a t e dg 咖c t u r ea i l df l e x i b l e0 p e r a t i n g c o n d i t i o 璐d e t e m i n e 也ed i v e r s i t ) ，i i l 也ed e s i g no f p l a t e f - mh e a te x c l l a i l g e r ，w h i c hr e s u l t s i ni t s1 0 n gp 嘶o di i ld e v e l o p m e n ta 1 1 d1 0 we 伍c i e n c yi nd e s i g l l a n dt 1 1 e nc o m p u t e ra i d e d d e s i g i l ( c a d ) o fh e a te x c h a n g e ri s1 l i g l l l yp u te m p h 商so nb yp e o p l ei n 杜c hi ti sm e n e wt e n d e n c ym a to 场e c t - o r i e m e dt e c h n o l o g yi su s e dt oc o m b i n e dw i m 也ed e s i 盟o fh e a t e x c h a l l g e r a so 巧e c t - o r i e n t e d 妣1 1 i 1 0 1 0 9 yh 嬲s u c hm 嘶t2 u sm a 妣a b i l i 够a 1 1 d1 l i 曲 嘲，e a t a b i l 毋o fc o d ei nm ed e v e l o p m e n to fs o f 胁 o b j e c t - o 五e m e ds o r w a r es y s t e mo fr 刁p i dd e s i g nf - 0 rp l a t ef l mh e a te x c h a n g e rw 嬲 d e v e l 叩e db yl l s i n gm ec o m b i n a t i o no fu i l i f i e dm o d e l i n gl a l l g u a g e m l ) a n d o b je c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yi i lt h j st h e s i s a n dt l l em 旬o rr e s e a r c hw o r ka i l dc o n c l u s i o n sa r e s u m m a r i z e da sf b l l o 、v s ： ( 1 ) r e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，s y s t e ma i l a l y s i s 觚ds y s t e md e s i g l lf o rm es y s t e mo f o b j e c t o r i e n t e dh e a te x c h a n g e r 、7 嘲em a d eb yu s i n gu n i f i e dm o d e l i n gl a l l g u a g e m l ) ， a 1 1 dt 1 1 ec o n c e p t so fd e s i 盟o fh e a te x c h a l l g e ra 1 1 dc o n l p u t e ra d e dd e s i g l l ( c a d ) w e r e c o m b i n e d a sar e s u 比s t a t i cm o d e la i l dd ) ，i i a i l l i cm o d e lo ft h es y s t e m 、e r ee s t a b l i s h e d ( 2 ) t h e 衄a ld e s i 印m o d u l eo f 咖- s 眈锄、瑚d e v e l o p e db yt a 玉洫ga d v a n t a g eo f s u mc + + n e ta n de m p i r i c a lc 2 l l c u l a t i o nf o 肌m ao fp 咖p e r t i e so fm 砒e rf o rd o z e n so f c o m m o nh e a te x c h a l l g e rm e d i 啪w e r ec o l l e c t e d ，w i l i c hp r 0 v i d e df o r c e m lg i s tf o r 廿l e m e m l a ld e s i g no fp l a t ef mh e a te x c h a l l g e r a i l db o m m es t m c t u r a ld e s i g i la 1 1 ds 旬m c t u r a l d e s i g no f 硫e i l s i t ) rf o r h e a te x c h a n g e rw e r ef o 珊e d ( 3 ) t h e3 一dp a r 锄嘶c 捌n g 锄da _ u t o m a t i c a l l ya s s e m b l yo fp a r t so fp l a t e f - mh e a t e x c h a n g e r 、e r er e a 王i z e db yp r o 厄n g 玳e e ra sm es e c o n dd e v e i o p i n gp l a t f o 皿 ( 4 ) t h e 印p l i c a t i o n 觚d 也es t c p so f0 p e r a t i o na b o u t 付l i ss y s t e mw e r ei n t r o d u c c db y p r a c t i c a le n 百n e e 血gc a s e st ov e r i 母m ef e a s i b i l i 够o fi t a p 讲i c 撕o n s 虹1 0 w 也a to 功e c t - 谢e n 铷s o ，a r es y s t e mo fm p i dd e s i g nf o rp i a t e 丘n 硕士学位论文 h e a te x c h a l l g e rp r o v i d e s 趾0 p t 硫出d e s i 盟s c h e m eq u i c h ya i l de x a c t l y ，h e n c e ，i ts h o r t e n s 廿1 ed e s 妞c y c l eo fp l a t e - 丘nh e a te x c h a i l g e r s 1 1 1 er e s e a r c hm e t l l o do fn l i ss o 凤础i sa l s o s u i t a b l ef o ro 廿1 e re q u i p m e n td e s i 驴s o 矗w 眦d e v e l o p m e n t k e y w o i m s ：p 1 a t ef i nh e a te x c l l a l l g e r ：o b j e c t o r i e n t e d ；u m l ：p 猢e t r i cd r 嬲他g m 硕士学位论文 1 1引言 第一章绪论 板翅式换热器作为紧凑式换热器的一种结构形式，具有效率高、体积小、质量轻、 适应性强等一系列优点，而成为一种很有发展前途的换热器，它已被广泛应用于航天、 航空、电子等高科技领域及石油、化工空气分离等诸多领域。由于板翅式换热器结构 比较复杂，人工进行热力设计困难，特别是有相变、多股流体换热的情况，用手工进 行精确热力计算设计计算几乎不可能。为了进一步拓宽其应用范围，近年来板翅式换 热器的设计理论、试验研究、制造工艺及开拓应用的研究方兴未艾，特别是一些新技 术的渗透，使板翅式换热器的应用范围更加广泛，进入一个新的发展时期【l 】。 1 2 换热器计算机辅助设计( c a d ) 1 9 3 0 年英国马尔斯顿艾克歇尔瑟公司使用浸渍钎焊方法，用铜合金制成航空 发动机散热器【z j ，经过七十多年的发展，板翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的 换热设备，已广泛应用于各个领域。我国自六十年代开始开发板翅式换热器，成为继 英、美、日之后第4 个生产板翅式换热器的国家，我国板翅式换热器设计和制造技术 水平的提高，使我国在该项技术领域达到和接近世界先进水平【3 1 。 1 2 1 板翅式换热器传热性能的研究 板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定于翅片的表面特性，翅片的表面特 性数据是准确设计板翅式换热器的基础。美国斯坦福大学的k a y s 和l o n d o n 等人对 紧凑表面进行了较系统的实验研究，提供了4 0 多种翅片形状的板翅式换热器传热和 阻力曲线图【4 】。s l 讪对平直翅片和多孑l 翅片表面的传热、压降和流动特性进行了试验 【5 】【6 】。j o s l l i 和w | e b b 对锯齿翅片的表面特性进行了研究【7 】，g o l d s t e i i l 和s p 锄w 应用 传质模拟方法对波纹翅片进行了试验研究 8 】，尉m 等人在自行搭建的试验装置上对板 翅式换热器中的多孔形翅片表面进行了实验研究【9 】。国内，张力等人对锯齿翅片传热 特性及切口的错开位置的影响进行过试验【1 0 】，李媛在自行搭建的板翅式换热器翅片表 面性能试验装置上对锯齿形、波纹形、百叶窗形翅片表面进行了冷态和热态试验研究 【l l 】。 ， 第一章绪论 1 2 2 换热器计算机辅助设计研究现状 近年来，随着产品更新换代的加快，对换热器的设计提出了新的要求：产品结构 形式多样，设计周期短。由于换热器设计本身的特点，设计工作量大，传统的人工计 算和人工制图已不能适应其发展。计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i 萨简称c a d ) 技术不仅大量节省人力、物力，提高效率，而且提高产品的质量、可靠性，成为一种 发展必然趋势。c a d 和换热器设计的相结合将有效地推动换热器的设计工作【1 2 】。 国外换热器的计算机辅助设计已达到较高水平，s h a l l 对紧凑式换热器的计算机 辅助热工计算进行了讨论【1 3 1 ，c h e n o w e m 和k i s t l 1 4 1 对管壳式换热器计算机辅助设计 进行了讨论。美国传热研究公司h 喇( h e a t t 舢f e rr e s e a r c h i l l c ) 开发了一套用于 传热设计设计的计算机程序【1 5 】，英国传热服务公司( h t f s ) 开发了t a s c 、a c o l 、 m u s e 等程序，其中h t f s 的m u s e 适用于板翅式换热器设计，可以对铝制、不锈 钢、钛板翅式换热器进行精确的多股流仿真，处理的流体股数可达1 5 股【16 】【1 7 1 。美国 计算机辅助设计中心和国家工程实验室共同开发的s t e m 系统可进行管壳式换热器 的机械设计计算，管板和管子的布置图和施工图绘制【1 8 1 。美国的啪e s s o e 公司开发 的腿c a t 系统，可以进行各种列管式换热器的设计，并能提供材料估计，绘制换热 器的装备图等。前苏联也对换热器的计算机辅助设计展开过研究，并取得了一定的成 果【1 9 】【2 0 】。bj a c 计算机服务公司开发的bj a c 换热器软件是一个集化学工程、机械 工程、成本估算和价格最优于一体的综合的交互式软件，它不止对换热器的设计进行 工艺的设计，而且还可以进行机械设计和最优化设计，并可以画出换热器管程排列的 示意图【2 1 1 。 国内，换热器的计算机辅助设计相对国外来讲起步要晚一些，但是发展得比较迅 速。南京工业大学在1 9 9 5 年就正式推出了板翅式换热器的计算机辅助设计( p f e c a d ) 软件包，部分厂家的使用结果表明，可提高设计效率8 1 0 倍，大大减少了过去设计、 绘图文件中的人为错误，使产品的设计周期大为缩短。与国外软件相比，除了热工计 算外，还具有物性计算模块和用c + + 开发的基于a u t o c a d 系统的计算机参数化绘图 以及快速报价等功能圈。板翅式换热器的计算机辅助设计不仅仅局限于单机版【捌【2 4 】， 而且也出现了基于w ，e b 的选型系统1 2 5 j 。董超俊开发了板式换热器可视化计算机辅助 设计系统，可以自动完成从设计计算到绘图的全过程【2 6 】。姚寿广等开发了热管换热器 的通用热力设计软件包，可对各类高、中、低温热管换热器进行热力设计和校核【2 7 1 。 2 硕士学位论文 王爱玲和龙怀祖开发了油气处理工艺设备软件计算包，包括螺旋板式换热器在内的 1 4 种油气处理加工过程中工艺设备的设计和校核计算【2 8 】。章浩伟和朱训生在通过大 量的试验获得修正系数的基础上，设计开发了翅片管换热器的选型与设计检验软件平 台口9 】。吴恩实现了紧凑式换热器的设计与优选系统，并给出了基于尺寸的设备三维参 数化缩略图【3 0 】。 1 3 面向对象程序设计技术简介 面向对象方法是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的 系统方法，简称o o 方法，它是建立在对象概念( 对象、类和继承) 基础上的方法。 早在1 9 6 7 年，s i i i l u l a - 6 7 语言中就提出了对象的概念，1 9 8 0 年，s m a l l t a l k 8 0 语言又 引入了类、方法、消息、封装及协议等概念。自8 0 年代中期，人们注重于面向对象 分析和设计的研究，逐步形成了面向对象方法学。其中最有影响的包括：1 9 8 8 年s m a e r 和m e l l o r 发表的一本o o a 的书；1 9 9 0 年c o a d 和y o u r d o n 发展出更简单的合作行为 思想；b o o c h 进行综合性工作，r 哪b a u 曲提出的o m t ，j a c o b s o n 的o o s e ，w i m b r o c k 的i d 和c r c 卡等。9 0 年代中期，由b 0 0 c h ，r u i n b a u 曲，j a c o b s o n 等人发起，在 b o o c h 方法、o m t 方法和0 0 s e 方法的基础上推出了统一建模语言( u m l ) ，1 9 9 7 年被国际对象管理组织( 0 m g ) 确定作为标准的建模语言。 1 3 1 面向对象的特点 面向对象是一个有全新概念的开发模式，其特点是【3 l 】： ( 1 ) 它是对软件开发过程所有阶段进行综合考虑而得到的； ( 2 ) 从生存期的一个阶段到下一个阶段所使用的方法与技术具有高度的连续性； ( 3 ) 它将面向对象分析( o o a ) 、面向对象设计( o o d ) 、面向对象程序设计( o o p ) 继承到软件生存期的相应阶段。 面向对象设计方法追求的是现实问题空间与软件系统解空间的近似和直接模拟， 现实世界空间中的基本问题是物质和意识，映射到面向对象系统解空间就是具体事物 ( 对象) 和抽象概念( 类) 。另外，面向对象技术的封装、继承、多态等特性不仅可 以对现实世界中的事物进行模拟，而且支持软件的复用。因此，采用面向对象技术进 行程序设计可提高软件的可理解性、测试和维护工作的可靠性和有效性。面向对象软 件不是工作在数据上的一系列过程的集合，而是相互协作且又彼此独立的对象的集 3 第一章绪论 合。 面向对象程序设计方法是以对象( o b j e c t ) 为核心，首先分析现实世界中的问题， 抽象出对象集合，然后确定这些对象之间的关系，并正确描述对象的状态和行为，映 射到解空间中用数据来表示对象的状态，用过程来实现对象的行为，且二者是统一体。 1 3 2 面向对象的基本概念 ( 1 ) 对象( o 场e c t ) 在应用领域中有意义的、与所要解决的问题有关系的任何事物都可以作为对象， 它既可以是具体的物理实体的抽象，也可以是人为的概念，或者是任何有明确边界和 意义的东西，对象是由描述该对象属性的数据以及可以对这些数据施加的所有操作封 装在一起构成的统一体。 ( 2 ) 类( c l a s s ) 类是对具有相同数据和相同操作的一组相似对象的定义，也就是说，类是对具有 相同属性和行为的一个或多个对象的描述。 、 ( 3 ) 实例( i n s t a i l c e ) 实例就是由某个特定的类所描述的一个具体的对象。 ( 4 ) 消息( m e s s a g e ) 消息，就是要求某个对象执行在定义它的那个类中所定义的某个操作的规格说 明。通常，一个消息由下述三部分组成： 接收消息的对象： 消息选择符( 也称为消息名) ； 零个或多个变元。 ( 5 ) 方法( m 甜1 0 d ) 方法，就是对象所能执行的操作，也就是类中所定义的服务，在c + + 语言中把方 法称为成员函数。 ( 6 ) 属性( a 蜘b u t e ) 属性，就是类中所定义的数据，它是对客观世界实体所具有的性质的抽象，在 c + + 语言中把属性称为数据成员。 ( 7 ) 继承( h 】1 l e r i t a i l c e ) 继承是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义它们，继承是子类自 硕士学位论叉 动地共享基类中定义地数据和方法地机制。 ( 8 ) 多态性( p o l y m o r p k s m ) 多态性是指子类对象可以象父类对象那样使用，同样的消息既可以发送给父类对 象也可以发送给子类对象。也就是说，在类等级的不同层次中可以共享( 公用) 一个 行为( 方法) 的名字，然而不同层次中的每个类却各自按照自己的需要来实现这个行 为。 ( 9 ) 重载( o v e r l o a d i i l g ) 有两种重载：函数重载是指在统一作用域内的若干个参数特征不同的函数可以使 用相同的函数名字；运算符重载是指同一个运算符可以施加于不同类型的操作数上面 【3 2 】【3 3 】 o 综上所述：面向对象= 对象( o b j e c t ) + 分类( c l a s s i f i c a t i o n ) + 继承( 讪嘶t a l l c e ) + 通过消息的通信( c o m m u n i c a t i o n 谢t l lm e s s a g e ) 。 1 3 3 统一建模语言i n ， 面向对象的分析与设计o o a & d ( o b j e c t o r i e n t 甜加1 a l y s i sa i l dd e s i 驴) 方法的发 展，在8 0 年代末至9 0 年代中出现了一个高潮。统一建模语言u m l ( u i l i f i e dm o d e l 遗 l a i l g u a g e ) 就是这个高潮的产物3 4 1 。 u m l 由面向对象领域内的三位大师渤d yb o o c h 、j i m 风姗b a u g h 、i v a rj a c o b s o n 等联合起来组成设计小组于1 9 9 6 年发布，并提交给对象管理组织o m t ( o b j e c t m a l l a g e m e n tg r o u p ) ，u 池于1 1 月份为o m g 所采用，现已成为业界的统一标准。 u m 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，它融入了软件 工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计， 还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。 统一建模语言u m l 的主要内容可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类 【3 5 】【3 6 1 ，定义了5 类、共1 0 种模型图： ( 1 ) 用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) ：从用户角度描述系统功能。通过用例促进与用 户沟通，理解正确的需求。用例图包括角色、系统边界、用例、角色和用例问的关联。 ( 2 ) 静态图( s t a t i cd i a g r 锄) ：包括类图( c l a s sd i a g r 锄) 和对象图( 1 0 9 i c a ld i a g r 锄) 。 其中类图描述系统中类的静态结构：定义系统的类，表示类之间的联系如关联、依赖、 聚合等，也包括类的内部结构( 类的属性和操作) 。对象图是类图的实例，描述类的 5 第一章绪论 多个对象。 ( 3 ) 行为图( b e h a ：、，i o rd i a g r a m ) ：描述系统的动态模型，包括状态图( s t a t ed i 卿) 和活动图( a c t i v 毋m 卿) 。其中状态图用于描述具有复杂结构控制逻辑的对象，它 关注该对象的生命周期内的状态及状态的变迁，以及引起状态变迁的事件和对象在状 态中的动作等。活动图用于描述多个对象在交互时所采取的活动，它关注对象如何相 互活动以完成一个事务。活动图支持并发和同步活动，它也经常用于跨用例的系统任 务的描述。 ( 4 ) 交互图( h t e 州i v ed i 卿) ：描述对象间的动态交互关系，包括序列图 ( s e q u e n c ed i a g r a m ) 和协作图( c o l l a b o r a t i v ed i a 伊锄) 。其中序列图按时间顺序描述 对象间的交互，强调消息发送的顺序，表示业务流；协作图按时间和空间的顺序描述 对象间的协作关系。 ( 5 ) 实现图( i i n p l e m e n t a t i o nd i a g r 锄) ：包括组建图和配置图。其中组建图描述 组件间的依赖关系和代码组件的物理结构，包括逻辑类或实现类的有关信息。配置图 定义系统中软硬件的物理体系结构，能显示实际的硬件( 用节点表示) 及其之间的连 接关系；在节点内部，放置可执行组件和对象以显示节点与可执行软件单元的对应关 系。 1 4 本文研究的意义和主要内容 1 4 1 研究意义 传统的换热器设计软件一般采用过程化设计语言如f o r t r a n 、p a s c a l 、b a l s i c 和c 语言阳，虽然过程化语言和结构化方法也能很方便地实现换热器的设计开发，但是同 时也带来了两个问题： ( 1 ) 重复度大。因为传统的技术，即使对相同或相似的属性与过程，也须重复 地开发； ( 2 ) 可维护性差。当系统不具备需要的对象时，必须调整总体结构进行系统扩 充【3 引。 面向对象思想给软件的开发提供了新的途径，它对结构化方法进行了改进，将数 据和其操作过程平等对待，从计算机科学的角度看，有其更高的优越性和合理性，并 可提高软件的可维护性和扩展性。因此，国内外学者开始在换热器的设计中引入面向 对象的思想。 6 硕士学位论文 但是目前从文献来看，国内的此类研究主要还是集中在翅片管换热器、管壳式换 热器中【3 9 】【4 0 】【4 1 1 ，而基于面向对象的板翅式换热器的设计还少有人问津。 1 4 2 研究内容 本文采用了统一建模语言u m l 和面向对象的软件设计方法，建立了板翅式换热 器快速设计软件系统。主要内容包括： 1 ) 板翅式换热器快速设计系统的总体规划：采用统一建模语言u 池对系统的 整体框架进行规划，建立了静态模型和动态模型图。 2 ) 板翅式换热器快速设计系统的热力设计：采用面向对象的软件思想对板翅式 换热器的两股流进行了设计计算。 3 ) 板翅式换热器的结构设计和结构强度校核。 4 ) 板翅式换热器快速设计系统的参数化绘图：采用p r 0 e n g i n e e r 三维绘图平台， 绘制了板翅式换热器的零件图和装配图。 5 ) 动态生成设计说明书：采用c o m 技术，操纵w 6 r d 2 0 0 3 自动生成设计说明书。 参考文献 【1 凌祥，周帼彦，邹群彩等板翅式换热器新技术及应用阴石油化工设备，2 0 0 2 ， 3 1 ( 2 ) ：1 4 【2 王松汉等板翅式换热器 m 北京：化学工业出版社，1 9 8 4 【3 】嵇训达我国板翅式换热器技术进展阴低温与特气，1 9 9 8 ，( 1 ) ：2 2 2 7 【4 】k a y swm ， l o n d o nal c o m p a c t h e a t e x c k m g e r m 】 3 r d e d n y ： m a c w - h i l l b o o kc o i n p a l l y ，19 8 4 5 】 s h a l lrk ，l o n d o nal l a m i l l a rn o wf o r c e dc o r e c t i o ni nd u c t s j 】s u p p l e m e ml t 0a d v a n c e si nh e a t 缸a n s f e r ，n y ：a c a d e m i cp r e s s ，19 7 8 ：3 9 4 6 】 s h a l lrk p e r f i o r a t e dh e a te x c h a n g e rs u r f a c e s 【j 】a s m ep 印e r ，n o7 5 一w t h t - 8 ， n y ：a s m e ，1 9 7 5 ：l 8 7 】 j 0 s khm ，w - e b brl h e a t 仃a 1 1 s f e ra n d 毹c t i o ni n l eo 低e ts t d p f mb e a t e x c h a n g e r j 】h l t j o f h e a ta n dm a s st r a i l s f e r ，1 9 8 7 ，3 0 ( 1 ) ：6 9 8 4 8 】 g o l d s t e i l ll j ，s p a r r o wem h e a 们m a s st r a n s f i e rc h 撇c t e r i s t i c s f o rf l o wi na 7 第一章绪论 c o r m g a t e dw a l lc h 锄e l j 】t 】胁s a s m ej o f h e a t1 h l s f - e r ，1 9 7 7 ，9 9 ( 3 ) ：1 8 7 1 9 5 【9 】k 血sy f l o wa 1 1 dh e a t 仃a 1 1 s f e rc 0 盯e l a t i o n sf o rp o r o u s 丘ni nap l a t e - 丘nh e a t e x c h a i 培e r j 】，】h l s a c t i o i l so f t h ea s m 匣：j o i m l 2 i lo f h e a t1 r a i l s f e r ，2 0 0 0 ，8 ( 1 2 2 ) ： 5 7 2 5 7 8 【1 0 】张力，王敬不同错开位置的锯齿翅片的热力特性研究叨内燃机学报，1 9 9 8 ， 1 6 ( 2 ) ：2 3 8 2 4 3 1 1 李嫒，凌祥，虞斌铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究【j 石油机械， 2 0 0 5 ，3 3 ( 1 0 ) ：1 5 1 2 】杨利明换热器计算机辅助设计忉低温工程，1 9 9 5 ，( 4 ) ：3 4 3 8 13 】s h a hrk s h a h ，r a i l l e s hk c o m p a c th e a re x c h a n g e rs u r f a c e s e l e c l r i o n ，a n dc o m p u t e r - 甜d e dt h e r m a i ，d e s i g n h e m i s p h e r ep u b l c o r p ，1 9 8 3 ：8 4 5 8 7 4 【1 4 c h e n o w e mjm ，k i s t l e rrs c o m p u t e rp r o g r a ma sa t o o lf o rh e a t e x c l g e r 础汀i n ga n dd e s i g n a m 商c a ns o c i 啊o f m e c h 枷c a l e n g i n e e r ， 1 9 7 6 ，7 6 一狐h t 4 【1 5 黄鸿鼎美国传热研究公司的科研动态明石油化工设备，1 9 8 5 ，1 4 ( 3 ) ：5 1 5 5 16 d a v i db 眦e 刑o r d l p r o c e s sh e a t 仃a i l s f e r2 0 l0 j 】a p p l i e dt h e n n a le n g i l l e e r i l l g ， 2 0 0 4 ，( 2 4 ) ：1 3 9 5 1 4 0 7 【17 d e s i g i la i l dp e 渤m a i l c es i m l l l a t i o no fm l l l t i s 仃e 锄p l a t e - f mh e a te x c h a l 唱e r s 0 l 】 1 雌) ：价m 碱a s p e n t e c h c o i i l ，7 h t l 科s o n w 暑鹏1 ) r o c h w e s m 【7 s e p d f 2 0 0 4 【1 8 1 a b o r e k ，j e n y ，a u r i o l e s ，g a b r i e l e 脆c to f1 9 8 8h ! m as t 柚d a r d so nm e c h a l l i c a la i l d t l l e 珊o - h y d r a u l i cd e s i g i l0 fs h e u 锄dm b eh e a te x c h a i l g e r 阴趾c h es 肿p o s i u i l l s e r i e s ，1 9 8 9 ，8 5 ( 2 6 9 ) ：7 9 8 3 1 9 】 h u ab ，x ut ， d e n g st h e a l 亿l n s f e re n h a i l c e m e n ta n d e 1 1 e 啦7 c o i l s e r v a t i o n 【m 】n e wy o r k ：h e n l i s p h e r ep u b l i s l l i l l gc o ， 19 9 0 【2 0 】e n c a n l a c a 0 ，j o s el l l i s c o m p u t e ra i d e dd e s 咖m o d e l i i l g ，s y s t 锄e n g i n e e 血g ， 8 硕士学位论文 c a ds y s t e m c r e s t a d v 趾c e dc o u r s e d 咽b e r l i i l ：s p 血g v r e r l a g ，1 9 8 0 【21 】g l e 衄w 0 0 dk p a s e c o i n p u t e rp r o g 瑚：1 1 s 五wh e a te x c h a n g e rd e s i g n j 】c h e 面浏 e n g 嘶n gp r o g r e s s ，1 9 8 6 ，( 7 ) ：5 3 5 6 2 2 凌祥，柳雪华，涂善东板翅式换热器c a d 系统的开发 j 】炼油设计，1 9 9 7 ， 2 7 ( 6 ) ：5 7 5 9 【2 3 于颖，李永生，关琦板翅式换热器模糊优化设计阴石油化工设备，2 0 0 1 ， 3 0 ( 2 ) ：2 0 2 2 2 4 邹群彩，凌祥，涂善东用o b j e c 开发板翅式换热器参数化c a d 系统忉压 力容器，2 0 0 1 ，1 8 ( 2 ) ：3 8 4 2 2 5 】孙宙，涂善东，凌祥基于i n t e m e t 的换热器快速设计选型系统研究 j 】石油化 工设备，2 0 0 4 ，3 3 ( 1 ) ：5 8 【2 6 董超俊板式换热器可视化计算机辅助设计系统的研制明热能动力工程，2 0 0 1 ， 1 9 ( 1 ) ：6 6 6 9 2 7 】姚寿广，朱德书，屠传经等热管换热器通用热力设计软件包的开发明华东 船舶工业学院学报，2 0 0 0 ，1 4 ( 2 ) ：8 3 8 5 2 8 】王爱玲，龙怀祖油气处理工艺设备计算软件包阴计算机应用，1 9 9 8 ，( 5 ) ： 3 0 3 2 2 9 】章浩伟，朱训生基于实验的翅片管换热器计算模型及其软件平台 j 】东华大 学学报，2 0 0 5 ，3 1 ( 1 ) ：9 7 1 0 0 【3 0 】吴恩，周国彦，涂善东紧凑式换热器的设计与优选系统阴化工机械，2 0 0 6 ， 3 3 ( 6 ) ：3 6 5 3 4 0 3 1 】卢潇软件工程【m 】北京：清华大学出版社，2 0 0 5 、 一一 3 2 张海藩软件工程导论 m 】北京：清华大学出版社，1 9 9 8 3 3 】周之英现代软件工程 m 】北京：科学出版社，2 0 0 0 3 4 】施昊华，张朝晖眦面向对象结构设计与应用 m 北京：国防工业出版社， 2 0 0 3 3 5 h ：t l p ： 怖例u i i d o 珞c i l 3 6 】胡春萍，王一平，梁欣霆眦在系统开发中的应用研究 j 】现代电子技术， 9 第一章绪论 2 0 0 2 ，( 8 ) ：7 7 8 0 【37 】 y 0 n g s h e n g t i a n a c o n c e p n l a ld e s c 邱t i o n o fh e a t e x c l l a l l g e r f o r p r o 鲜岫g 川a p p l i e d a 1e n g i i l e 舐n g ，2 0 0 4 ，2 4 ( 1 4 1 5 ) ：1 1 7 1 1 1 7 8 3 8 】王永芬，陈爱萍，许跃敏基于面向对象的换热设备传热计算系统开发田机 电工程，2 0 0 5 ，2 2 ( 7 ) ：2 2 2 6 p 9 董洪洲，丁国良，刘建等面向对象的可视化翅片管换热器自动建模仿真系统 的功能实现 j 】系统仿真学报，2 0 0 5 ，1 7 ( 4 ) ：8 9 3 8 9 6 4 0 谢洁飞面向对象的管壳式换热器c a d 系统研究 j 】机械设计与制造，2 0 0 3 ， ( 4 ) ：6 9 7 0 【4 1 】田桂英，刘东学基于u m l 的换热器q 系统的分析与设计明计算机工程 与应用，2 0 0 5 ，( 2 5 ) ：】8 5 】8 8 1 0 硕士学位论文 第二章面向对象的板翅式换热器软件系统的分析与设计 2 1引言 面向对象的板翅式换热器快速设计软件系统的主要目标是以面向对象的思想为 载体，对板翅式换热器进行热力设计、结构设计、三维参数化绘图、动态生成计算说 明书。本章主要对系统进行分析和设计，并以u m l 标准建模语言为工具，为系统建 立相应的静态模型和动态模型。 2 2板翅式换热器快速设计软件系统的分析建模 2 2 1需求分析 需求分析是对软件业务流程的分析，借助于用例( 1 l s ec a s e ) 对系统功能进行分 析，建立系统需求模型，明确系统要完成的功能。u s ec a s e 是对领域过程的描述，它 从用户的角度出发考虑计算机能实现的具体功能，从而帮助开发人员捕获用户的需 求，增进对用户需求的理解，它的使用依赖于部分已理解系统需求，并用需求规格说 明文档进行的描述。建模中，用例图将会为静态分析和动态分析提供依据【1 1 。 通过对板翅式换热器的分析，得知设计板翅式换热器的共同特征是：根据输入的 工艺条件，进行板翅式换热器的基本结构设计、热力计算；根据计算的结果，对各个 零部件进行机械强度校核；建立零部件和设备三维模型；最后根据需求给出设计说明 书。 在对板翅式换热器快速设计软件系统进行整体规划时将整个系统划分为热力设 计子系统、零部件设计子系统、工程常用材料数据库。其中各个模块所要实现的功能 介绍如下： ( 1 ) 热力设计子系统：主要实现板翅式换热器两股流的传热计算。 ( 2 ) 零部件设计子系统：实现板翅式换热器各个零部件的设计、机械强度设计 和零部件参数化绘图以及装配图的绘制。 ( 3 ) 工程常用材料数据库：为零部件设计子系统提供材料的力学性能数据支持。 2 2 2 需求建模 板翅式换热器快速设计软件系统主要由设计员、管理员共同参与完成，设计员主 1 1 第二章面向对象的板翅式换热器软件系统的分析与设计 要使用热力设计子系统、零部件设计子系统进行板翅式换热器的设计工作；管理员则 主要对工程常用材料数据库等内容进行修改、维护和更新等。 通过以上对该系统的需求分析，用例模型如图2 1 所示： o 生成说明书 口 贝 图2 1 系统的用例模型 f i g 2 一lu s ec a s em o d e lo f t h es y s t e m 2 2 3 静态建模 板翅式换热器快速设计系统采用面向对象的系统分析、建模的方法。首先根据需 求分析建立系统的静态模型，以构造系统结构，最后描述系统行为，也就是描述所建 立的模型是否可以执行或者执行时的时序状态和其交互关系，形成系统动态建模。 静态建模的目的是建立对象模型即类图。通过对用例模型的分析，从用例的描述 中识别反映问题域本质的类和对象，并利用u m l 的类图、包图以及它们之间的关系 揭示系统的结构和组成，建立起类模型，具体是通过识别对象、添加关联、添加属性 等步骤完成。静态建模开始于确定潜在的对象和类，经过适当的筛选删除后，最后确 定系统中的类。 2 2 3 1 对象的识别 针对板翅式换热器的特点，可以归纳出板翅式换热器快速设计软件系统中包含以 下几类常见对象。 1 2 硕士学位论文 ( 1 ) 以板翅式换热器整体以及零部件为基础的对象类。对板翅式换热器按装配 关系进行分解，每个零部件均作为一个类，可以获得系统中的关键类。板翅式换热器 由芯体、封头、接管组成，而芯体又由零件盖板、隔板、封条、翅片等组成，这些零 件的有机结合构成了板翅式换热器。 ( 2 ) 物料流体类。物料流体作为传热的介质，包含了流体的物性参数。 ( 3 ) 换热设计类。换热设计类中包含了板翅式换热器热力计算的结果。 ( 4 ) 文档框架对象类。对于一个系统，主界面框架和文档视图是非常重要的， 主界面框架对象直接用于响应用户的保存打开等操作，而文档视图对