U型管式换热器设计软件开发及关键部件有限元分析

1、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

2、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，ANSYS10.0U-tube Heat Exchanger Design Software Development and Finite Element Analysis of Key Compo

3、nentsABSTRACT 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 calcu

4、lation, 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 conditio

5、ns, 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 exchange

6、r 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

7、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 exch

8、anger 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目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc7615 前言 PAG

9、EREF _Toc7615 1 HYPERLINK l _Toc4721 第1章 U型管式换热器的工艺计算 PAGEREF _Toc4721 2 HYPERLINK l _Toc28998 1.1 换热器设计任务和设计前提 PAGEREF _Toc28998 2 HYPERLINK l _Toc21946 1.1.1 设计任务 PAGEREF _Toc21946 2 HYPERLINK l _Toc15991 1.1.2 设计前提 PAGEREF _Toc15991 2 HYPERLINK l _Toc14110 1.2 设计步骤 PAGEREF _Toc14110 2 HYPERLINK l

10、 _Toc5379 1.2.1 设计方案的确定 PAGEREF _Toc5379 2 HYPERLINK l _Toc17020 1.2.2 流体基本参数的确定 PAGEREF _Toc17020 3 HYPERLINK l _Toc18566 1.3 U型管式换热器的设计计算过程 PAGEREF _Toc18566 4 HYPERLINK l _Toc7986 1.3.1 热流量的计算 PAGEREF _Toc7986 4 HYPERLINK l _Toc25664 1.3.2 平均温度差的计算 PAGEREF _Toc25664 4 HYPERLINK l _Toc28561 1.3.3

11、根据热流量估算换热面积 PAGEREF _Toc28561 4 HYPERLINK l _Toc23838 1.3.4 工艺结构尺寸的确定 PAGEREF _Toc23838 4 HYPERLINK l _Toc18731 1.3.5 换热器的校核 PAGEREF _Toc18731 7 HYPERLINK l _Toc32090 1.3.6 壁温核算 PAGEREF _Toc32090 8 HYPERLINK l _Toc29815 1.3.7 各部分流体阻力的计算 PAGEREF _Toc29815 9 HYPERLINK l _Toc7700 第2章 结构设计与选取 PAGEREF _T

12、oc7700 11 HYPERLINK l _Toc22165 2.1 换热管束 PAGEREF _Toc22165 11 HYPERLINK l _Toc9851 2.2 封头的计算 PAGEREF _Toc9851 12 HYPERLINK l _Toc15933 2.3 管板的计算 PAGEREF _Toc15933 13 HYPERLINK l _Toc17800 2.4 管箱的计算 PAGEREF _Toc17800 15 HYPERLINK l _Toc21792 2.5 壳体的计算 PAGEREF _Toc21792 16 HYPERLINK l _Toc16992 2.6 拉杆

13、的计算 PAGEREF _Toc16992 17 HYPERLINK l _Toc16699 2.6.1 拉杆结构形式 PAGEREF _Toc16699 17 HYPERLINK l _Toc24776 2.6.2 拉杆的直径和数量 PAGEREF _Toc24776 17 HYPERLINK l _Toc7669 2.7 折流板的计算 PAGEREF _Toc7669 18 HYPERLINK l _Toc607 2.8 法兰的选择 PAGEREF _Toc607 19 HYPERLINK l _Toc29440 2.9 支座的选择 PAGEREF _Toc29440 20 HYPERLI

14、NK l _Toc12914 第3章 Visual Basic软件编程 PAGEREF _Toc12914 21 HYPERLINK l _Toc16202 3.1 主要设计模块及流程 PAGEREF _Toc16202 21 HYPERLINK l _Toc31144 3.1.1 流程图 PAGEREF _Toc31144 21 HYPERLINK l _Toc8332 3.2 编辑程序 PAGEREF _Toc8332 21 HYPERLINK l _Toc32729 3.2.1 进入VB的基本界面 PAGEREF _Toc32729 21 HYPERLINK l _Toc9268 3.2

15、.2 初始参数窗体的编辑 PAGEREF _Toc9268 22 HYPERLINK l _Toc30155 3.2.3 计算换热器工艺结构尺寸的窗体 PAGEREF _Toc30155 23 HYPERLINK l _Toc29888 3.2.4 换热器面积裕度的校核的窗体 PAGEREF _Toc29888 26 HYPERLINK l _Toc19882 3.2.5 壁温核算和各部分压降的窗体 PAGEREF _Toc19882 27 HYPERLINK l _Toc28349 3.3 换热器基本结构的软件设计 PAGEREF _Toc28349 29 HYPERLINK l _Toc1

16、6506 3.4 换热器的汇总窗体设计 PAGEREF _Toc16506 34 HYPERLINK l _Toc17170 第4章 关键部件的有限元分析 PAGEREF _Toc17170 36 HYPERLINK l _Toc20432 4.1 U型换热管的有限元分析 PAGEREF _Toc20432 36 HYPERLINK l _Toc14391 4.1.1 单元类型和材料属性的建立 PAGEREF _Toc14391 36 HYPERLINK l _Toc11920 4.1.2 换热管模型的建立 PAGEREF _Toc11920 36 HYPERLINK l _Toc27269

17、4.1.3 网格划分 PAGEREF _Toc27269 37 HYPERLINK l _Toc4244 4.1.4 载荷的施加 PAGEREF _Toc4244 38 HYPERLINK l _Toc11216 4.1.5 查看结果 PAGEREF _Toc11216 38 HYPERLINK l _Toc8275 4.2 管板的有限元分析 PAGEREF _Toc8275 40 HYPERLINK l _Toc25817 4.2.1 设定单元类型和材料属性 PAGEREF _Toc25817 41 HYPERLINK l _Toc4873 4.2.2 创建管板模型 PAGEREF _Toc

18、4873 41 HYPERLINK l _Toc12134 4.2.3 网格的划分 PAGEREF _Toc12134 42 HYPERLINK l _Toc22262 4.2.4 载荷的施加 PAGEREF _Toc22262 42 HYPERLINK l _Toc22014 4.2.5 查看结果 PAGEREF _Toc22014 43 HYPERLINK l _Toc29863 结论 PAGEREF _Toc29863 45 HYPERLINK l _Toc3740 谢 辞 PAGEREF _Toc3740 46 HYPERLINK l _Toc17251 参考文献 PAGEREF _T

19、oc17251 47 HYPERLINK l _Toc12239 外文资料翻译 PAGEREF _Toc12239 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

20、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

21、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

22、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：1.0Mpa1.2 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腔内流动。这样既能节约耐腐蚀材料的使用量，从而减少换热器的设计成本。(3)一般地压强低的流体应该走壳程。综合以上的考虑因素及U型管换热器本身的优缺点，针对容易结垢造成管

23、堵塞的流体本人认为应走壳程。故本次设计方案安排的流体流动的路径是：管程通入混合热空气，壳程通入循环冷却水。1.2.2 流体基本参数的确定流体的定性温度是流体进出口温度的平均温度。故管程混合热空气的定性温度为T= (150+40)1/2=95管程内的混合热空气在此定性温度下的物性参数：密度 kg/m3定压比热容 J/（kg.K）热导率 W/(m.K)运动粘度 V1= 2.2110-3 m2/s动力粘度 1 =2.1510-5 Pa.s普朗特数 壳程管腔流动的冷却水在此定性温度下的物性参数：密度 kg/m3定压比热容 J/（kg.K）热导率 W/(m.K)运动粘度 V2= 6.07510-7m2/

24、s 动力粘度 2=6.01410-4 Pa.s普朗特数 1.3 U型管式换热器的设计计算过程1.3.1 热流量的计算设计设定冷却水的用量：m=50000Kg/hQ= mCp2 ()/3600 =579722Wt （1-1）混合热空气质量流量： （1-2）1.3.2 平均温度差的计算 （1-3）求得R=9，P=0.1，查得温度校正系数=，故选择单壳程单管。1.3.3 根据热流量估算换热面积由前面流体的物性参数初选传热系数=140W/(m2.k)，估算传热面积： （1-4）取Ac = 114 1.3.4 工艺结构尺寸的确定1.对换热管材质、规格参数和管内流速大小的确定 为使其排列显得比较紧凑，并适

25、当地增大传热面积，故选择较小的管径从而使金属的消耗量相对较少、并且传热系数相对而言有很大提高。综合确定本次设计选用的换热管规格为：规格25mm2.5mm的碳钢钢管。查取流体有相对应的流动速度。故本次设计初选取=30m/s。换热管外径和内径分别是=0.025m ，=0.020m ，因此所选择换热管平均直径=0.0225m。2.管程数和传热管数确定单程管程所需要的管子的数目根据下面的公式：根 （1-5） 需要换热管长度为： （1-6）查找换热器设计手册，考虑到此次设计换热器的管程数目确定换热管长度规格为=4.5m。管心距：mm,查表取标准m隔板中心和与其最近一排换热管管中心的距离是管中心距。管中心

26、距的长度是：mm各程相近管的管心距为mm。3.壳体内径确定 求管束中心排管数根 （1-7）由壳体计算公式求得：m （1-8） 取壳体内径500mm4.折流板确定此次选用弓形折流板弓形折流板圆缺高度为：mm根据所选壳体内径尺寸查表得折流板间间距为：折流板数量为：个 （1-9） 取整为14个。5.接管的确定(1)壳程流体的进出口接管:接管水的流速为： m/s，壳程的体积流量：=50000/990.2=50.5/hm （1-10）则圆整后可取管径的规格大小为mm。(2)管程流体的进出口接管：管程的接管内气体流速：=30m/s，管程的流体的体积流量：/s则管程接管内径为m （1-11）则圆整后取管径规

27、格为mm。1.3.5 换热器的校核1.壳程校核表面传热系数为： （1-12）当量直径为：m （1-13）流体流通截面积：（1-14）壳程流体流速：m/s （1-15）壳程雷诺数为： （1-16）壳程普朗特数为：壳程热导率为：粘度校正系数为：因水被加热，故选取(/)0.0141带入公式（1-12）得：=3379W/(.K) 2.管程校核表面传热系数为 （1-17）流体流速：ui=30m/s雷诺数：=deui/= （1-18）热导率为：普朗特数：=0.6666带入公式（1-17）得=302W/(m2.k) 3.污垢热阻和管壁热阻：换热管管外侧污垢热阻：Rso=换热管管内侧污垢热阻：Rsi=换热管热

28、导率为：16.4W/(m.k).4.总传热系数Kc： （1-19）换热管的平均直径： （1-20）综合以上数据代入公式1-19可得183.33W/(.k)，5.检查传热面积裕度预估算换热器传热面积为：Ac=114 换热器的传热面积为： （1-21）故本次设计的面积裕度计算为： （1-22）所得结果在0-0.35之间，属于合理范围。1.3.6 壁温核算壁温核算由下面公式求得： （1-23） =302W/(.k) =3379W/(.k)得=90.9，此数值为传热管的平均壁温，此值近似算作壳体上的温度T=95壳体上的温度和传热管的温度之间的差值为：t=95-90.9=4.1由于所求的t数值较小,所以

29、不用加设装置进行温度补偿。1.3.7 各部分流体阻力的计算这部分计算主要就是为了看前面设计是否满足换热器的设计要求。如算的的结果不符合要求则需要重新设计，重新进行计算，直到满足条件为止。1.管程流体阻力的计算：对于双管程的换热器，总流动阻力等于各程阻力和局部阻力之和13。计算公式如下： （1-24）流过直管段的流体因摩擦而引起的管程阻力为: （1-25）由于Re=71023，根据经验，查得=0.04，流速u=30m/s，所以由公式（1-22）得=10307(Pa)流过回弯管的流体因摩擦而引起的压力降为：(Pa) （1-26）对于的碳钢钢管，按照经验=1.4。由于管程为双管程，故=2。所以由公式

30、（1-21）得=(10307+3435) 21.4=41229(Pa)由于Pa允许压强降,因此满足要求。2.壳程流体阻力计算：壳程中流动的流体收到的总阻力等于流体经过管束收到的阻力加上通过折流板缺口的流体收到的阻力相加。计算公式如下： （1-27）流体流过管束的流动的阻力为： （1-28）根据管子的排列方式知F=0.5。当500的时候，故。有前面条件：m/s =15 =14故计算可得：=71982.3(Pa)流体流过折流板缺口的流动的阻力为： （1-29）有公式可得：(Pa)流体流过折流板缺口阻力：总的流体流动阻力为：，故U型换热管的许用应力为： (2-10)代入数据得：16564.133.换

31、热管管板参数以及系数管板开孔后的面积为： (2-11)由公式2-8的：管板布管区的面积为：三角形排列： (2-12)代入数据的：管板布管区的当量直径为： (2-13)代入数据的：综述，本次设计管板通过垫片与壳体法兰相连接，管板的结构形式为平板式。表2-4管板的尺寸表公称直径DD1D2D4D5=D6bb1螺栓规格d螺栓孔数质量/kg5006305904905435004033M16232448.52.4 管箱的计算管箱的主要作用是让流体可以均匀的进来和出去。管箱厚度计算的参数如下：表2-5管箱厚度的设计参数管箱材料设计温度/设计压力/MPa许用应力/MPa焊缝系数管箱内径/mmQ235B1501

32、.761250.85500其计算公式如下： （2-14）计算厚度为：有计算可知，管箱的厚度为4.18mm即可满足条件，经过查表在管箱内径大于500mm时，管箱短节的厚度最小为10mm。本次设计管箱的厚度如下表所示：表2-6管箱厚度设计厚度/（mm）名义厚度/（mm）圆整后取值/（mm）管箱厚度/（mm）有效厚度/（mm）7.184.785206.42.5 壳体的计算在换热器的外表面结构中，主要是由壳体、管箱以及封头三部分组成，并且三者承受的压力大小基本相同，因此本次设计中三者的材料选用同一种。表2-7管箱厚度壳体材料设计温度/设计压力/MPa许用应力/MPa焊缝系数管箱内径/mmQ235B15

33、01.76MPa125MPa0.85500mm计算壳体壁厚： （2-15)计算厚度：当壳体内径是 500mm，最小的壁厚的选择为10mm,综合得本次设计壁厚取10mm。2.6 拉杆的计算2.6.1 拉杆结构形式拉杆的结构形式一般分成以下两种：拉杆定矩管结构和拉杆与折流板点焊结构。2.6.2拉杆的直径和数量拉杆直径选取表2-8拉杆直径的选取换热管外径d25 拉杆直径do101216由表2-8可知，本次取拉杆直径为16mm。2.拉杆数量的确定表2-9拉杆数量选用表3m时。取L1=(0.50.7)由于本次设计换热管的长度为4.5m,是大于3m的，所以在布置支座时应遵循以上原则。如下是所选支座的具体数

34、据。表2-14支座的选择公称直径/mm允许载荷/KN支座高度/mm底板腹板筋板垫板螺栓间距/mm/mm/mmmm/Mmmm弧长50060200380120889684802006260其中支座的质量为9kg，材料为Q235A。第3章 Visual Basic软件编程3.1 主要设计模块及流程3.1.1流程图在进行程序编辑的过程之前，我们需对前面的手工计算绘制一个流程图，其目的主要是方便编程序，条理清晰让人一目了然。图3-1程序设计流程3.2 编辑程序3.2.1 VB的基本界面图3-2开始使用窗体界面3.2.2 初始参数窗体的编辑初始窗体显示的内容主要包括混合热空气、冷却循环水两种选择流体以及其

35、进出口温度及定性温度，最后根据这个温度差表得到该温度下该流体的各种物性参数等。这些数值都是在表中直接查的的，是固定的，大小可以直接在程序中体现，如果有需要改动的地方则直接在程序中修改程序即可。设计界面如3-3，由于换热器本身由管程和壳程两部分组成，所以直接在窗体内设置两个一样的frame控件来将管程和壳程的所需的参数直接呈现在眼前。由于combobox控件具有可以使换热器的设计多样化，编不同的代码可让其有不同的数值的特点，从而能改变其初始温度和设计压力，从而达到设计内容中关于软件编程要求。点击“查询”按钮后弹出另外一个窗体会显示相应的物性参数。下图3-3是初始参数的窗体：图3-3参数窗体界面3

36、.2.3 计算换热器工艺结构尺寸的窗体对于本窗体，它的主要功能是根据前面窗体求得的各种物性参数计算换热面积。如果在计算的过程中需要查找相应的物性参数，点击窗体上的“查询”按钮即可，相应的参数就会直接出现在窗口上面。如要对相应的数据进行替换，方法就是需要在程序中直接进行修改。这种情况一般是不需要做更改的，如果实在是有需要更改的必要，则采取的方法是直接在所编辑的程序中输入其他相应定性温度下的参数即可。设计本窗体的显示内容主要包括设计计算过程、换热管的规格和长度的确定、换热管的布置排列方式和关系到换热器传热、选取最优的壳径四个部分组成。由图是我们可以清楚的看见后面三部分的进行需要第一部分的结果作为前

37、提条件。最后选择的壳体内径是根据求得的内径大小参考国家标准进行确认选择。本窗口显示内容如下图3-4所示:图3-4工艺结构窗体界面下面是此窗体部分的相应的程序：1.平均传热温差的计算：Private Sub Command1_Click()Dim a As Single,bAs Single, c As Single, r As Single, dAs Singlec = Val(Form2.Combo4.Text)d = Val(Form2.Combo5.Text)a = Val(Form2.Combo1.Text)b= Val(Form2.Combo2.Text)r= (c - d) - (

38、b - a) / Log(c - d) / (b - a)Text1.= Format(e, 00.00)End Sub2.换热管长度的预算：Private Sub Command20_Click()Dim pAs Single, qAs Single, lAs Single, m As Single, t As Singlep = Text4.Textq= Text23.Textl= Text5.Textm = a * 1000 / b / 3.14 / d Text22. = Format(r, 0.00)End Sub下面是此窗体部分的相应的程序：3.折流板数NB：Private Sub

39、 Command3_Click()Dim pAs Single, q As Single, lAs Single, mAs Singlep = Val(Form5.Combo1.Text)q = Val(Text2.Text)l= (a - 100) / b - 1Text3. = eEnd Sub3.2.4 换热器面积裕度的校核的窗体本窗体的内容显示的任务是计算比较设计选择的选换热器的面积裕度是否符合要求、是否在允许的范围内；它的主要方法是计算管程管束和壳程管束的表面传热系数，再查表查得所需要的一些数据，将公式在程序中编入，最后将得出的数据和结果与前面的数据进行比较。如果符合则进行下面的操作

40、；如果不符合，则退出程序对前面的数据修改重复前面的操作。本窗体的主要内容如下图3-5所示：图3-5换热器面积裕度校核的窗体界面下面是此窗体部分的相应的程序：1.壳程表面传热系数的计算：Private Sub Command4_Click()Dim pAs Single, q As Single, lAs Single, mAs Single, t As Single, f As Singlep= Val(Text1.)q= Val(Text5.)l = Val(Text3.)m= Val(Form2.Text12.)t = 0.36 * d * (b 0.55) * (c (1 / 3) /

41、aText7. = Format(t, 0000)End Sub2.计算总传热系数：Private Sub Command9_Click()Dim aAs Single, s As Single, d As Single,f As Single, gAs Single, hAs Single, j As Single, k As Single,l As Single, zAs Single, xAs Single, c As Single, vAs Singlea = Val(Form5.Text5.Text)s= Val(Text12.Text)d = Val(Form5.Text7.Tex

42、t)f = Val(Text13.Text)g = Val(Form5.Text6.Text)h= Val(Form5.Text8.Text)j = Val(Text14.Text)k= Val(Text7.Text)l = a1 / (a2 * a3)z = a4 * a1 / a3x = a5 * a1 / a6 / 1000 / 16.5c = 1 / a8v= 1 / (o + p + a11 + a + s)Text15. = Format(d, 0.00)End Sub3.2.5 壁温核算和各部分压降的窗体进行壁温的核算的目的主要是通过计算求得的结果判断是否需要额外的温度补偿装置。

43、经过将壳体上的温度和传热管的温度之间的差值进行比较，一键即可判断其是否在允许范围内。下图是窗体设计内容：图3-6壁温和压力降校核的窗体界面下面是此窗体部分的相应的程序：1.传热管平均壁温的计算：Private Sub Command1_Click()Dim pAs Single, qAs Single, lAs Single, m As Single, aAs Single, s As Single, d As Singlep = Val(Form2.Text8.Text)q = Val(Form2.Text1.Text)l= Val(Form7.Text12.Text)m = a1a= Va

44、l(Form7.Text7.Text)s = a3d = (w / e + q / t) / (1 / r + 1 / y)Text1. = Format(u, 0.0) End Sub2.壳程压力降的校核：Private Sub Command9_Click()Dim a As Singleb= Val(Text9.)If b 在左下角弹出的对话框中选择 45。2.材料属性的定义GUI：Main 在左下角弹出的对话框中一次双击选中、，在该对话框中输入材料的属性：EX=200000，PRXY=0.4。 4.1.2换热管模型的建立GUI：Main 在左下角弹出的对话框中，依次输入设计好的值。再对

45、换热管的分析过程中我们采取切一半的方式使得清晰的看到换热管的内外部应力变化，从而对换热管进行评估分析。我们需要知道的是将管子切一半并会不影响压力对管子造成的影响。建立换热管模型图4-1U如下：图4-1U型换热管模型4.1.3网格划分GUI： 划分图如下： 图4-2管网格划分4.1.4载荷的施加1.选择分析的类型GUI： 在左下角弹出的对话框，选择，单击OK按钮。2.施加约束GUI: GUI： 分别对U型管换热管的里面、外面和下表面施加约束。3.施加对称约束GUI: B.C 在中间弹出的对话框中，选中相对于结构对称面的各个表面，点击确定即可。4.施加载荷GUI： 分别选取各个表面，施加选好的设计

46、压力。5.保存所求数据在提前建好的文件夹中。6.求解GUI： LS左上角弹出 ,即是求解完成。4.1.5查看结果1.读取结果GUI： 2.变形云图的显示GUI: 在中间弹出的对话框中的 栏中选择DOF 下面子选项的 ，即可显示出变形云图。图4-3变形云图3.应力云图的显示GUI: 在左下角弹出的对话框中的 栏中选择下面的子选项的 ，即可显示应力云图。图4-4应力云图通过上面的变形云图和应力云图的分析的结果可以了解到的是，管子相对而言有些向外弯曲的变形。我认为造成这一现象出现的原因可能是换热管表面的内侧与外侧的压力大小不一样，才会导致换热管在工作的过程中出现上述情况。对于上面对图的分析和分析问题

47、出现的原因，本人认为的解决方案主要是如果这种向外变形地程度比较大，我们能采取的措施就是通过加厚管子来增强管子的强度。如果这种方法还是没有效果，就只能通过重新对罐子的材料和规格进行选择，达到最终能够正常的使用。4.2 管板的有限元分析分析管板我们可以知道，管板主要受到内外表面的压力，以及管板上加的孔对管板造成的破坏。4.2.1设定单元类型和材料属性1.设定单元类型GUI：Main 在左下角弹出的对话框中选择 45。2.材料属性的定义GUI：Main 在左下角弹出的对话框中一次双击选中、，在该对话框中输入材料的属性：EX=192000，PRXY=0.5。4.2.2创建管板模型图4-5管板模型GUI

48、：Main 和前面换热管的步骤是一样的，只需按照尺寸画即可。4.2.3网格的划分GUI： 图4-6网格划分4.2.4载荷的施加1.施加约束GUI： 对管板的上下两个表面和开孔的地方施加约束。2.施加载荷GUI： 在左下角弹出的对话框中分别对约束过的各个面施加载荷。3.保存所求数据。4.2.5查看结果1.变形云图GUI: 在左下角弹出的对话框中的 栏中选择DOF 下面子选项的 ，显示出变形云图。图4-7变形图2.应力云图GUI: 在左下角弹出的对话框中的 栏中选择下面的子选项的 ，显示出应力云图。图4-8应力云图通过上面的变形云图和应力云图的分析的结果可以了解到的是，管子相对而言有些向外弯曲的变

49、形。我认为造成这一现象出现的原因可能是换热管表面的内侧与外侧的压力大小不一样，才会导致换热管在工作的过程中出现上述情况。对于上面对图的分析和分析问题出现的原因，本人认为的解决方案主要是如果这种向外变形地程度比较大，我们能采取的措施就是通过加厚管子来增强管子的强度。如果这种方法还是没有效果，就只能通过重新对罐子的材料和规格进行选择，达到最终能够正常的使用。 结论本次设计的题目是对U型管式换热器软件开发设计及关键部件有限元分析。在整个设计的过程中，前期通过网络、图书馆等能够获取的资源进行查阅并搜集整理大量资料，之后进行的就是换热器的整体设计计算过程。手工设计计算的工作内容主要是包括：计算流体的定性

50、温度查找物性参数、换热器的面积估算、热流量和换热管长度选取等工艺设计过程，根据计算所得的数据对换热器进行合理的选择。最后就是根据算的的结果校核压力降和壁温判断其合理性，最终确定各个结构件尺寸参数。第二部分就是在手工计算的基础上利用vb软件本身的多窗口创建便利性，能够直接将计算出来的数据以及查取的数据输入到vb程序中进行窗体程序编码。最后利用ANSYS10.0软件自身的优势来分析换热器主要部件（管板和折流板）的应力分析图，来判断容易遭到破坏的部分，从而采取相应的措施能准确的进行改善和维修。在对换热器的整个工艺设计过程中，不仅充分的利用了教学资源，还充分地发挥了计算机便利性的特点，通过不断的学习深

51、入了解和熟练掌握了此类换热器的整个工作流程和设计流程，明白了充分的准备是成功的必不可少条件。但在整个设计的过程中也存在以下问题：对于设计的题目的实物没有接触过，不能做到有实质性地了解和深刻的认识，所以很难十分清楚准确的理解其结构组成成分和相应的工作流程，这在一定程度上影响了本次设计的进度和准确性；另外VB与分析软件ANSYS不能直接构建起联系，在一定程度上增加了设计所花的时间等。在这个设计的过程中，本人最大的收获是我通过对U型管式换热器的结构组成成分以及工艺设计的过程，对整个过程有了很深的理解；对于平常用的极少的VB和ANSYS软件，也有了一定的理解和认识。明白了只要愿意付出时间和实际行动，“

52、成功”也不是遥不可及。谢 辞时光荏苒，转眼四年的大学生活即将画上句号，即将到了说再见的时候。在这四年的大学生活里对每个人的影响是巨大的。我们由刚进入大学校园时的懵懂无知，到现在走出校园时的成熟稳重；在这段弥足珍贵的生活里我获得的不仅仅是丰富专业的知识，更为重要的是学会走入社会一种为人处事的方式。在这四年大学生活里，最需要感谢的就是每一位老师的辛勤付出，在学习和生活上给与我们最大的帮助，这令我的心里满怀感激之情。首先，在此非常感谢本次设计指导老师余炳辉老师的指导与帮助。余老师在论题的选择、思路的设计和论文的编写等各个环节都密切关注、尽心尽力的提供帮助。及时与我进行沟通和交流，对我遇到的问题和困难

53、耐心地指导，可以这样说这篇论文的完成离不开老师付出。在生活中老师也是平易近人，我们的交流显得格外的轻松。在此，向余老师致以深深的敬意和由衷的感谢。其次，在此还要感谢所有的老师，感谢这四年的辛勤付出。专业知识的学习和巩固离不开你们的帮助和教导。四年的大学生活转瞬即逝，但这弥足珍贵的大学生活将会是我人生中最美好的回忆。在今后的生活和工作当中我将已更加饱满的情怀和更加积极的心态面对。无论遇到什么样的困难，都坚强地走下去！最后，我要对本文进行审阅和参加本人论文答辩的各位师长表示衷心地感谢！参考文献陈敏恒, 丛德滋, 方图南. 化工原理（上册）. 北京: 化学工业出版社, 2008. 钱颂文. 换热器设

54、计手册. 北京: 化学工业出版社, 2002.8 陈敏恒, 丛德滋, 方图南. 化工原理（下册）. 北京: 化学工业出版社, 2008. 薛晓萍, 韩育. visual basic程序设计. 北京: 中国科学技术出版社, 2009. 王松汉. 石油化工设计手册（第1卷）石油化工基础数据. 北京: 化学工业出版社, 2002. 王松汉. 石油化工设计手册（第3卷）化工单元过程. 北京: 化学工业出版社, 2002. 涂伟萍, 陈佩珍, 程达芳. 化工过程及设备设计. 北京: 化学工业出版社, 2000. 郑津洋, 董其伍, 桑芝富. 过程设备设计, 第2版. 北京: 化学工业出版社, 2005.

55、 贾绍义, 柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津科学技术出版社, 2002. 卢焕章等. 石油化工基础数据手册. 北京: 化学工业出版社, 1993. 王志文, 蔡仁良. 化工容器设计. 北京: 化学工业出版社, 2005. 付家新, 王为国, 肖稳发. 化工原理课程设计. 北京: 化学工业出版社, 2010. 方书起. 化工设备课程设计指导. 北京: 化学工业出版社, 2010.8.马江权, 冷一欣. 化工原理壳程设计. 北京: 中国石化出版社, 2009. 陈英南, 常用化工单元设备的设计. 上海: 华东理工大学出版社, 1993. 中华人民共和国国家标准. 管式换热器. GB151

56、-1999S. 北京: 中国标准出版社, 2000. 林卓然. VB语言程序设计(第二版). 北京: 电子工业出版社, 2009. 沈建蓉, 单贵. 大学VB程序设计实践教程. 上海: 复旦大学出版社, 2007. 李红云, 孙雁. ANSYS10.0基础及工程应用.北京: 机械工业出版社, 2008.李功祥，陈兰英.常用化工单元设备设计.广州:华南理工大学出版社，2008. 外文资料翻译外文资料翻译 The fixed tube plate exchanger designPlate heat exchanger manufacturing and technological progres

57、s, plate type of increase, raising the plate heat exchanger of the various pracesses of adaptation.The NUT，smalltm the plate heat exchanger to meet the district cooling and heat. pump units evaporator, condenser requirements. from the above analysis know,tm is the driving force of heat transfer, if

58、tm small, means that the driver of small, to achieve the heat transfer between the two fluid, we must increase heat transfer Coefficient, increasing heat transfer area, in order to Heat to make up too large, is the only increase heat transfer coefficient K.Shallow plate of corrugated Beijing, Beijin

59、g is the heat transfer equipment manufacturers limited liability company developed a new type of plat。the heat transfer coefficient of about 7000W/m2K，is the level of the flat corrugated board two times, is chevron Corrugated sheets of 1.5 times, in the regional cooling, the detection oftm is about

60、1.2. As in ice storage of ethylene glycol and chilled water use in the heat exchanger,tm is about 1.5.Plate evaporator, condenser plate Beijing, Beijing is also the heat transfer equipment manufacturers limited liability companies adapt to the development of a new type of heat pump units in the heat