基于matlab的u形管式换热器优化设计
1. 简介
U形管式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。通过合理优化设计U形管式换热器，可以提高热能的利用效率，降低能源消耗。本文基于matlab对U形管式换热器进行优化设计进行探讨。
2. U形管式换热器的工作原理
U形管式换热器由两个管束组成，形状类似于字母“U”。热量通过一个管束传递给另一个管束，实现热量交换。主要包括两种工质：热源流体和冷却流体。热源流体通过一个管束，将热量传递给冷却流体，在冷却流体管束中完成冷却，并将热量带走。U形管式换热器具有结构简单、热效率高、传热面积大等优点。
3. U形管式换热器的优化设计方法
3.1 初步设计
首先进行初步设计，在给定的工作条件下，根据经验公式计算出换热器的初步设计参数，如流体流速、管壁材料等。
3.2 热力计算
利用热力学原理，对热源流体和冷却流体在换热器内的热力学参数进行计算，包括温度、压力等。
3.3 管内传热计算
通过求解传热方程，计算流体在管内的传热情况。利用matlab编写传热方程的数值求解程序，求解出传热区域内的温度分布。
3.4 管外传热计算
根据管壁材料的传热特性，计算出管内传热过程中的热量传递到管外的情况。通过计算管外温度分布，确定换热器的整体传热情况。
3.5 优化设计
根据初步设计和传热计算的结果，通过matlab的优化算法，优化换热器的设计参数，如管径、管长、管数等，以提高换热效率。
4. U形管式换热器优化设计案例
4.1 案例背景
某化工企业需要设计一台U形管式换热器，将高温热源流体中的热量传递给低温冷却流体，要求换热效率最大化。
4.2 初步设计
根据给定的工作条件，进行初步设计：热源流体温度为100℃，流量为10 kg/s；冷却流体温度为30℃，流量为5 kg/s。
4.3 热力计算
利用热力学原理，计算热源流体和冷却流体在换热器内的热力学参数。热源流体的温度降为70℃，冷却流体的温度升至50℃。
4.4 管内传热计算
编写matlab程序，求解管内传热方程，并得到传热区域内的温度分布。根据计算结果，得到管内温度在不同位置的变化情况。
4.5 管外传热计算
根据管壁材料的传热特性，计算热量从管内传递到管外的过程。计算管外温度的变化情况。
4.6 优化设计
利用matlab的优化算法，对初始设计参数进行优化。优化的目标是最大化换热效率。通过多次迭代，得到最佳设计参数。
5. 结论
通过对U形管式换热器的优化设计，可以提高换热效率，降低能源消耗。利用matlab进行计算和优化，可以高效地进行设计工作。通过该优化设计方法，可以为工业生产和能源系统提供可靠的换热设备。
分类号密级 U D C 编号 本科毕业论文(设计) 题目MATLAB在导热问题中的运用 所在院系数学与数量经济学院 专业名称信息与计算科学 年级 05级 学生姓名朱赤 学号 0515180004 指导教师周瑾 二00九年四月
文献综述 1、概述 MATLAB是一个为科学和工程计算而专门设计的高级交互式的软件包。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单的列出数学表达式，其结果便以数值或图形方式显示出来。MATLAB中有大量的命令和事先定义的可用函数集，也可通称为MATLAB的M文件，这就使得用它来求解问题通常比传统编程快得多；另外一点，也是它最重要的特点，易于扩展。它允许用户自行建立完成指定功能的M文件。从而构成适合于其它领域的工具箱。MATLAB既是一种编程环境，又是一种程序设计语言。它与其它高级程序设计语言C、Fortran等一样，也有其内定的规则，但其规则更接近于数学表示，使用起来更为方便，避免了诸如C、Fortran语言的许多限制，比方说，变量、矩阵无须事先定义；其次，它的语句功能之强大，是其它语言所无法比拟的，再者，MATLAB提供了良好的用户界面，许多函数本身会自动绘制出图形，而且会自动选取坐标刻度。 传热学是一门研究由温差引起的热能传递规律的科学，其理论和技术在生产、科学研究等领域得到了广泛的应用。在能源动力、建筑建材及机械等传统工业部门中，传热学理论的应用解决了这些部门生产过程的热工艺技术，而在新能源利用、军事高科技等新技术领域中，它甚至对一些关键技术起到了决定性作用。传热过程是传热学研究最基本的过程之一，传统的数学分析解法只能解决相对简单的传热问题，而在解决复杂的实际传热问题时，数学描述和求解都很困难。随着计算机技术的兴起，解偏微分方程组等早期不能被很好解决或模拟的部分已逐渐被人们完成。同时，计算机技术的发展，尤其是MATLAB的出现，不但解决了很多较复杂的问题，也大大促进了传热学理论的发展。 本文就介绍目前在该领域的研究状况，以及存在的问题。 2、主题 2.1 什么是导热 两个相互接触的且温度不同的物体，或同一物体的各不同温度部分间，在不
摘要 换热器是重要的化工单元操作设备之一。其中管壳式换热器在化工生产中应用最为广泛。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式再沸器五类。近年来，尽管受到其它新型换热器的挑战，但管壳式换热器仍占主导地位。 本文主要讨论U型管式换热器的设计。U型管式换热器是将换热管弯成U型，管子两端固定在同一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因U型管式换热器仅有一块管板，结构较简单，而且管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢。U型管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。它具有结构简单紧凑、密封性能好、金属耗量小、造价低、热补偿性能好及承压能力强。 本文第一部分对设计方案进行论证，第二部分对U型管式换热器进行工艺设计计算，主要是传热系数、传热面积、压强降的计算。第三部分是结构设计、强度计算及其校核。本次设计采用Auto CAD软件绘制工程图。图纸符合机械制图国家标准，结构合理。设计计算结果比较准确，与实际运行设备参数基本相符。 关键词：换热器；传热系数；U型管；工艺设计
Abstract Heat exchanger is one of the most important chemical unit operation equipments, among which shell and tube heat exchanger is used most widely in chemical engineering production. According to the structure characteristic of the shell and tube exchanger, heat exchanger can be divided into fixed tube-sheet, floating head-style, U-tube, the function and kettle-reboiler. Recently, although it has been challenged by other new type exchangers, the shell and tube heat exchanger still take unirreplacable role. This thesis is mainly about the design of U-tube exchanger. U-tube exchanger is made by exchanger which is bent into U-shaped, and both end of the tubes fix in the same piece of board. Exchanger can be stretched out and drawn back freely, so shell and tube have no pressure on the temperature difference. It is easy to clean the outside of the shell because the structure of the U-tube is simple with only one tube, and the tube can be pulled out from the shell. But the inside of the tube is difficult to clean for we have to keep the media clean and hard to be dirty. U-tube exchanger is usually used in the circumstance under high temperature and high voltage, especially when the difference in temperature of metal wall between shell and tube is apparent. It also has the feature that simple and compact structure, well sealed, low consumption of the mental, low price,heat and pressure compensation for good performance and strong pressure capacity. The first part of this thesis is to give the demonstration to the design. The second part is to compute the U-tube exchanger from the perspective of process design, mainly including the calculation of heat transfer coefficient, heat transfer area and pressure drop. The third part consists of the structure design, strength calculation and checking. This design makes full use of the Auto CAD to draw the engineering plat. The blueprint is correspond to the mechanical drawing of the national standards, which has reasonable structure. The result of the design calculation is basically correct and tally with the practical parameters of the operation of equipment. Key Word: Heat exchanger；Heat transfer coefficient；U-tube,；Process design.
本科毕业设计（论文）U型管换热器结构设计与建模 学院名称制造科学与工程学院 专业名称过程装备与控制工程 学生姓名XX 学号XX 指导教师XX 讲师 二〇一五年六月
目录绪论 第一章 1.1换热器的发展及研究现状 1.2 换热器的生产需求 第二章 2.1 设计任务 2.1.1 设计题目 2.1.2 设计参数 2.2 方案确定 2.3 确定介质物性参数 2.4 计算总传热系数 2.4.1 热流量 2.4.2 平均传热温差 2.4.3 水蒸气用量 2.4.4 总传热系数K 2.5 传热面积计算 2.6 工艺结构尺寸 2.6.1管束数量确定 2.6.2平均传热温差校正 2.6.3 传热管排列和分程方式 2.6.4 壳体内径D i 2.6.5 折流挡板
2.6.7 接管尺寸 第三章 3.1 构件材料选择 3.1.1 一般选材原则 3.1.2 压力容器常用钢 3.1.3 构件材料终定 第四章 4.1 筒体计算 4.1.1 厚度计算 4.1.2 校核筒壁压力 4.2 封头尺寸计算 4.2.1 封头厚度计算 4.2.2 校核封头应力 4.3管箱短节计算 4.3.1 管箱短节圆筒厚度的计算4.3.2 压力及应力计算 4.3.3 管箱短节长度计算 4.4 管板设计及校核 4.4.1 布管面积 4.4.2 管板布管区的当量直径4.4.3管板计算厚度 4.4.4 管板名义厚度
4.4.5 换热管轴向应力计算及校核4.5 开孔补强计算 4.5.1等面积法适用范围 4.5.2 壳程接管开孔补强 4.5.3 管程开孔补强 第五章 5.1 设备外部结构 5.1.1 壳体结构 5.1.2 封头结构 5.1.3 管箱结构 5.1.4 接管设计 5.1.5 法兰选用 5.1.6 支座结构 5.2 设备内部件结构 5.2.1 折流板设计 5.2.2 拉杆和定距管设计 5.2.3 分程隔板设计 5.2.4 防冲挡板 5.2.5 管板设计 5.2.6 U型换热管 5.3 各构件连接形式 5.3.1 压力容器连接形式分类 5.3.2 椭圆封头和壳体的连接
《过程设备课程设计》指导书 1．课程设计任务书 课程设计题目： U型管式换热器设计 课程设计要求及原始数据（资料）： 一、课程设计要求： 1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。 2.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。 3.设计计算采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。 4.工程图纸要求手工绘图。 5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。 二、原始数据： 1. 卧式换热器设计条件表 序号项目壳程管程 1 设备名称冷却器 2 型式BEM 3 工作压力MPa 见设计参数表见设计参数表 4 工作温度℃（进/ 出）见设计参数表见设计参数表 5 工作介质水、甲醇水 6 介质特性易燃易爆、中度危害 7 腐蚀裕量mm 2.0 2.卧式换热器条件图
3.卧式U型管式换热器设计参数表 公称直径(mm) 管程 工作 压力 (MPa) 壳程 工作 压力 (MPa) 管程 工作温 度 进/出 （℃） 壳程 工作温 度 进/出 （℃） 换热管布管 型式 折流 板个 数 程数 换热管 规格 Φ×L DN400 1.4 0.8 30/40 50/42 正方形 4 2管程Φ19×1500 1.5 0.9 30/40 50/42 正方形 6 2管程Φ19×2000 1.6 1.0 30/40 50/42 正方形 6 4管程Φ19×2000 DN500 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 4 2管程Φ19×1500 1.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 2管程Φ19×2000 1.6 1.7 30/40 50/42 正方形8 2管程Φ19×3000 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 4 2管程Φ19×1500 1.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 4管程Φ25×2000 1.6 1.7 30/40 50/42 正方形8 4管程Φ25×3000 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 4 4管程Φ25×1500 1.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 4管程Φ25×2000 1.6 1.7 30/40 50/42 正方形8 4管程Φ25×3000 DN600 1.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 2管程Φ19×1500 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 6 2管程Φ19×2000 1.5 1.6 30/40 50/42 正方形8 2管程Φ19×3000 1.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 2管程Φ19×1500 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 6 2管程Φ19×2000 1.5 1.6 30/40 50/42 正方形8 2管程Φ25×3000 1.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 4管程Φ25×1500 1.4 1.5 30/40 50/42 正方形 6 4管程Φ25×2000
换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例，热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点，传统的PID控制往往不能满足其静态、动态特性的要求。控制方式的单一性及目前制造工艺的限制，使换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义。 本课题是针对换热器实验设备温度控制的改进提出的。设计中首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。然后根据换热系统组成、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。再根据所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，即带Smith预估补偿的模糊串级控制方案。主回路采用Smith预估补偿的模糊控制算法，副回路采用模糊PID控制算法，并在理论上验证了其可行性。最后用MATLAB7.0/SIMULINK工具箱进行换热器出口温度的控制仿真，并对仿真结果进行分析，说明所设计的控制算法及方案的优越性。 关键词：换热器温度控制；PID控制；模糊控制；仿真 The heat exchanger based on MATLAB simulation of temperature control
Heat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power engineering and other process industries. Commonly used in industrial heat exchanger tube as an example, the hot fluid and cold fluid heat transfer through convection heat transfer to achieve the purpose, so that heat exchanger outlet temperature materials to meet the needs of industrial production. However, as the heat exchange system that has a pure time delay plant, large inertia, the parameters of the nonlinear time-varying characteristics of the traditional PID control often can not meet the static and dynamic characteristics of the request. Control the uniformity and the current manufacturing process of the limit, so that the effect of heat exchanger to control the prevalence of poor, low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control of the effect of heat exchangers to improve heat transfer efficiency and ease the tense situation in our country's energy, with a long-term significance. This issue is heat exchanger for temperature control of laboratory equipment to improve the proposed. first of all , The design stage through the heat exchanger outlet temperature control characteristics of the analysis, which found that the effect of restricting the control to further improve the bottleneck for further improving the control of the effect of heat exchanger provides a theoretical basis. Heat exchange system according to the composition of the characteristics of control flow on the heat exchanger temperature control system mathematical model. Established in accordance with the mathematical model of contact heat exchanger temperature control characteristics of the corresponding control strategy, which Smith estimated compensation with fuzzy cascade control program. Smith estimated the main loop compensation for the use of fuzzy control algorithm, the Vice-loop fuzzy PID control algorithm, and in theory, to verify its feasibility. Toolbox MATLAB7.0/SIMULINK Finally, heat exchanger outlet temperature of the control simulation, and analysis of simulation results to illustrate the design of control algorithms and the advantages of the program. Key words: heat exchanger temperature control; PID control; fuzzy control; simulation 目录
u型管式换热器毕业设计 U型管式换热器毕业设计 导言 换热器是工业领域中常见的设备，用于将热能从一个介质传递到另一个介质。U型管式换热器是一种常见的换热器类型，它具有结构简单、传热效率高等优点，因此在许多工业领域得到广泛应用。本文将探讨U型管式换热器的毕业设计，包括设计原理、结构优化和性能评估等方面。 设计原理 U型管式换热器的设计原理基于热传导和对流传热的基本原理。换热器内部由一系列U型弯管组成，热源介质通过管道的一侧流过，而冷却介质则通过管道的另一侧流过。热源介质在管道内释放热量，而冷却介质则吸收这些热量，实现热能的传递。 结构优化 在U型管式换热器的毕业设计中，结构优化是一个重要的考虑因素。优化设计可以提高换热器的传热效率、降低能耗和减小设备体积。以下是一些常见的结构优化方法： 1. 材料选择：选择具有良好导热性能和耐腐蚀性的材料，以确保换热器的长期稳定运行。 2. 管道布局：通过合理的管道布局，最大限度地增加管道的接触面积，提高传热效率。 3. 流体流动优化：通过优化流体的流动路径和速度分布，减小流体的阻力，提高传热效率。
4. 热交换面积增加：通过增加管道的长度或增加管道的数量，增加热交换面积，提高传热效率。 性能评估 在U型管式换热器的毕业设计中，性能评估是必不可少的一步。通过性能评估，可以验证设计的合理性，并对换热器的传热效率和能耗进行评估。以下是一些 常见的性能评估指标： 1. 传热效率：传热效率是衡量换热器传热性能的重要指标。传热效率越高，表 示换热器能够更有效地传递热能。 2. 温度差：温度差是指热源介质和冷却介质之间的温度差异。温度差越大，表 示换热器能够更快速地传递热量。 3. 能耗：能耗是指在换热过程中消耗的能量。通过降低能耗，可以提高换热器 的能源利用效率。 结论 U型管式换热器是一种常见且有效的换热器类型，在工业领域中得到广泛应用。在毕业设计中，结构优化和性能评估是关键的考虑因素。通过合理的结构优化 和科学的性能评估，可以设计出高效、节能的U型管式换热器，满足工业生产 中的换热需求。
翅片管换热器是一种常见的换热器类型，它广泛应用于工业生产中的 热交换过程中。翅片管换热器通过增加管子表面上的翅片，有效地增 加了换热器的换热面积，从而提高了换热效率。翅片管换热器在许多 工程领域都有着重要的应用，比如空调系统、汽车散热系统、化工生 产等。 在工程领域中，翅片管换热器的设计和性能分析是非常重要的，而Matlab作为一种功能强大的工程计算软件，能够对翅片管换热器的性能进行模拟和分析。通过编写Matlab代码，可以对翅片管换热器进 行传热系数的计算、流动阻力的分析、温度场的模拟等，为工程实践 提供重要的参考。 在实际工程中，翅片管换热器的性能分析涉及到热传递、流体力学、 工程热力学等多个学科领域的知识，因此需要进行全面的评估和分析。通过Matlab代码，我们可以根据具体的工程参数和换热器设计要求，进行翅片管换热器的性能预测和优化设计。 在进行翅片管换热器的Matlab代码编写时，我们首先需要考虑的是 热传递的基本原理。翅片管换热器的换热过程涉及到传热系数、温度 场分布等重要参数的计算，这需要运用热传递学的基本理论进行分析。流体力学的知识也是十分重要的，我们需要考虑流体在管内的流动状态，以及翅片对流体流动的影响。
在Matlab代码的编写过程中，我们可以利用传热学和流体力学的相 关方程进行模拟计算，比如使用Navier-Stokes方程描述流体的运动 状态，使用能量方程描述热传递过程。通过Matlab的数值计算功能，可以对这些方程进行求解，得到翅片管换热器内部流场和温度场的分 布情况。 在翅片管换热器的Matlab代码编写中，我们还需要考虑换热器材料 的热物性参数、流体的流动特性等因素。这些参数的选择将直接影响 到翅片管换热器的性能，因此需要进行全面的评估和分析。通过Matlab代码的模拟计算，可以对不同参数组合下的换热器性能进行比较，找到最优的设计方案。 翅片管换热器的Matlab代码编写涉及到多个学科领域的知识，需要 进行全面的评估和分析。通过Matlab代码的模拟计算，可以对翅片 管换热器的性能进行预测和优化设计，为工程实践提供重要的参考。 深入研究翅片管换热器的Matlab代码编写对于工程领域的专业人士 具有重要的意义。翅片管换热器作为一种常见的换热器类型，具有优 异的换热效果和广泛的工程应用场景。在工业生产中，翅片管换热器 既可以用于高温高压的化工生产，也可以用于空调系统和汽车散热系 统等低温低压的应用。由于其在工程领域的重要性，对翅片管换热器 的设计和性能分析也变得尤为重要。 作为一种功能强大的工程计算软件，Matlab在对翅片管换热器的性能
目录 过程设备课程设计任务书 (3) 前言 (4) 摘要 (5) 第一章绪论 (6) 1.1 管壳式换热器的概述 (6) 1.2 本毕业设计的目的 (6) 1.3、设计的要求及内容 (6) 1.4 、课程设计的步骤 (7) 1.4.1设计的准备阶段 (7) 1.4.2机械结构设计 (8) 第二章换热器结构设计 (8) 2.1换热管数的计算 (8) 2.2 换热管排列方式，管间距的确定 (9) 2.3 筒体结构设计 (10) 2.4管箱及封头 (10) 2.4.1管箱管箱分类 (10) 2.4.2封头 (11) 2.5 接管、接管法兰 (11) 2.5.1接管 (11) 2.5.2接管法兰的确定 (12) 2.5.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰 (12) 2.6 管箱的最小内测深度 (12) 2.7 分程隔板 (13) 2.8 U形管 (13) 2.8.1 U形管选择 (13) 2.8.2 U形管弯管段的弯曲半径 (13) 2.9 管板 (14) 2.91分程隔板槽 (14) 2.9.2管板 (14) 2.9.3 布管定圆 (14)
2.9.4管孔 (15) 2.9.3拉杆孔 (15) 2.10换热管与管板的连接 (15) 2.11折流板和支撑板管孔 (16) 2.12 U型管尾部支撑 (17) 2.11拉杆 (17) 2.12 折流板 (18) 2.12.1折流板的主要几何参数 (18) 2.12.2 折流板与壳体间隙 (18) 2.12.3 折流板厚度 (18) 2.12.4 折流板的管孔 (19) 2.12.4 材料的选取 (19) 2.13 滑道 (19) 2.14防短路结构 (20) 2.14.1旁路挡板 (20) 2.14.2挡管 (20) 2.14.3中间挡板 (21) 2.15垫片设计 (21) 2.16支座 (22) 2.17 附件 (22) (1)起吊附件 (22) 三、确定设计压力 (22) 3.1筒体壁厚计算 (22) 3.2筒体短节、封头厚度计算 (23) 3.3管箱短节、封头厚度计算 (24) 3.4管箱短节开孔补强的校核 (25) 3.5壳体接管开孔补强校核 (26) 参考文献 (27)
U型管换热器设计说明书 Last updated on the afternoon of January 3, 2021
吉林化工学院《过程设备设计》课程设计 换热器设计-U型管式 专业：过程装备与控制工程 姓名：黄少华 学号：05420338 指导教师：张志文 2008年12月15～25日
本文扼要介绍了U型管换热器的特点及在工业中的应用和发展前景，详细的阐述了U型管式换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。 参照GB151-1999及换热器设计手册，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容包括换热器的材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，使换热器有足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。 设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。 关键词：换热器、U型管式、结构设计、强度设计
1
第一章绪论 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。 化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显着地提高设备的热效率。 本次课程设计的内容是U型管换热器，属管壳式（列管式）换热器，其设计分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。其中以结构设计最为重要,U型管式换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其它特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力和温度。换热器管程与壳程的温度差，换热器的热负荷，检修清洗的要求等因素决定采用哪一类的列管式换热器。 由于我们水平和能力有限，设计时间仓促，存在不妥之处在所难免，恳请老师给予批 评指正。 第二章U型管换热器的特点 U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定在同一管板上，这一换热器的优点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。 缺点：管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分部管不紧凑，所以管字数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分必须用壁较厚的管子。这就影响了其适用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢 而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的场合。 第三章结构设计 管箱设计 3.1.1管箱短节
u型管换热器毕业设计 U型管换热器毕业设计 导言： 换热器作为热工设备中的重要组成部分，广泛应用于工业生产和日常生活中。其中，U型管换热器作为一种常见的换热器类型，在石油化工、电力、冶金等行业中得到了广泛的应用。本文将探讨U型管换热器的毕业设计，包括设计原理、设计过程和优化方案。 一、U型管换热器的设计原理 U型管换热器是一种通过管内流体与管外流体之间的热量传递来实现换热的设备。其设计原理基于热传导和对流传热的基本原理。在U型管换热器中，热源通过管内流体传递热量给冷源，而冷源则通过管外流体将热量带走。通过优化管道的布局和流体的流动方式，可以最大限度地提高换热效率。 二、U型管换热器的设计过程 1. 确定换热器的工作参数：包括换热流体的流量、温度、压力等参数，以及换热器的材质和尺寸要求。 2. 确定换热器的换热面积：根据换热器的工作参数和换热效率要求，计算出所需的换热面积。 3. 选择合适的管道材质和尺寸：根据工作参数和换热面积要求，选择合适的管道材质和尺寸，以保证换热器的性能和可靠性。 4. 设计管道的布局：根据换热器的实际情况，设计合理的管道布局，以确保流体在管道中的流动均匀，并最大限度地提高换热效率。 5. 进行热力计算和强度计算：根据换热器的工作参数和材质要求，进行热力计
算和强度计算，以确保换热器在工作过程中的安全可靠性。 6. 进行换热器的结构设计：根据换热器的实际情况，进行换热器的结构设计，包括管道的连接方式、支撑方式等。 7. 进行换热器的热工性能计算：根据换热器的工作参数和结构设计，进行换热器的热工性能计算，以评估其换热效率和能耗。 三、U型管换热器的优化方案 为了提高U型管换热器的换热效率和能耗，可以采取以下的优化方案： 1. 优化管道的布局：通过合理设计管道的布局，减小流体的阻力损失，提高流体的流动速度，从而提高换热效率。 2. 优化管道的尺寸：通过选择合适的管道尺寸，使得管道的内径和壁厚能够满足换热器的工作要求，同时减小管道的材料消耗和成本。 3. 优化管道的材质：选择合适的管道材质，以提高换热器的耐腐蚀性能和热传导性能，从而提高换热效率和使用寿命。 4. 优化流体的流动方式：通过改变流体的流动方式，如采用多通道流动方式或交叉流动方式，可以增加流体的接触面积，提高换热效率。 5. 优化换热面积：通过增加换热面积，可以增大热量传递的表面积，提高换热效率。可以采用增加管道长度、增加管道数量等方式来实现。 结论： U型管换热器作为一种常见的换热器类型，在工业生产中起着重要的作用。通过合理的设计和优化，可以提高U型管换热器的换热效率和能耗，从而满足工业生产的需求。在毕业设计中，我们需要深入理解U型管换热器的设计原理和工作过程，并结合实际情况进行合理的设计和优化，以提高换热器的性能和可
基于Matlab的板式换热器动态特性建模与仿真 王书中;由世俊;董玉平 【期刊名称】《计算机仿真》 【年(卷),期】2004(21)10 【摘要】为了正确预测板式换热器的动态特性,在合理假设的基础上,根据流道和换热平板的质量、能量守恒方程,建立了无量纲动态仿真数学模型.考虑了流体沿流动方向的导热扩散特性、换热平板的金属蓄热以及沿径向的导热对出口温度瞬态响应的影响.基于Matlab的数值计算基础,对无量纲动态仿真数学模型的空间维变量的一阶导数项采用向后差分,二阶导数项采用中心差分,然后采用Matlab的ODE求解器进行求解,得到了阶跃扰动和频率扰动下的出口温度的响应曲线. 【总页数】4页(P44-47) 【作者】王书中;由世俊;董玉平 【作者单位】天津大学环境学院,天津,300072;天津大学环境学院,天津,300072;天津大学环境学院,天津,300072 【正文语种】中文 【中图分类】TP391.9 【相关文献】 1.基于Matlab/Simulink的无刷双馈电动机的动态特性仿真研究 [J], 樊贝;薛冰 2.基于MATLAB Simulink的气液缓冲器动态特性仿真与分析 [J], 张笑慰;毛从强;李辛;马飞
3.基于MATLAB的破碎机液压伺服系统动态特性仿真 [J], 尹跃峰;王亚安;康新亚;闫栋 4.基于Matlab/Simulink的下垂控制微电网动态特性的仿真与分析 [J], 杨俊虎;韩肖清;姚岳;刘杏林;郭凯;韩雄 5.基于RTDS与MATLAB的双馈感应风电机组动态特性仿真比较 [J], 王多;常康;薛峰;靳丹;方勇杰;于跃海 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
%物性参数 % 有机液体取69度 p1=997; cp1=2220; mu1=0.0006; num1=0.16; % 水取30度 p2=995.7; mu2=0.0008; cp2=4174; num2=0.62; %操作参数 % 有机物 qm1=18;%-----------有机物流量-------------- dt1=78; dt2=60; % 水 t1=23; t2=37;%----------自选----------- %系标准选择 dd=0.4;%内径 ntc=15;%中心排管数 dn=2;%管程数 n=164;%管数 dd0=0.002;%管粗 d0=0.019;%管外径 l=0.025;%管心距 dl=3;%换热管长度 s=0.0145;%管程流通面积 da=28.4;%换热面积 fie=0.98;%温差修正系数----------根据R和P查表------------ B=0.4;%挡板间距-----------------自选-------------- %预选计算 dq=qm1*cp1*(dt1-dt2); dtm=((dt1-t2)-(dt2-t1))/(log((dt1-t2)/(dt2-t1))); R=(dt1-dt2)/(t2-t1); P=(t2-t1)/(dt1-t1); %管程流速 qm2=dq/cp2/(t2-t1); ui=qm2/(s*p2);
%管程给热系数计算 rei=(d0-2*dd0)*ui*p2/mu2; pri=cp2*mu2/num2; ai=0.023*(num2/(d0-2*dd0))*rei^0.8*pri^0.4; %管壳给热系数计算 %采用正三角形排列 Apie=B*dd*(1-d0/l);%最大截流面积 u0=qm1/p1/Apie; de=4*(sqrt(3)/2*l^2-pi/4*d0^2)/(pi*d0);%当量直径 re0=de*u0*p1/mu1; pr0=cp1*mu1/num1; if re0>=2000 a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; else a0=0.5*re0^0.507*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; end %K计算 K=1/(1/ai*d0/(d0-2*dd0)+1/a0+2.6*10^(-5)+3.4*10^-5+dd0/45.4); %A Aj=dq/(K*dtm*fie); disp('K=') disp(K); disp('A/A计='); disp(da/Aj); %计算管程压降 ed=0.00001/(d0-2*dd0); num=0.008; err=100; for i=0:5000 err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10); berr=err/(1/sqrt(num)); if berr<0.01 break; else num=num+num*0.01;
%------------------------------------------------% %------------------------------------------------% %%------板式换热器课程设计Matlab程序--------%% %------------------------------------------------% %------已知数据(所有单位均已转化为国际单位)--------% t11=95 %热流体入口温度单位：摄氏度 t12=65 %热流体出口温度单位：摄氏度 t21=10 %冷流体入口温度单位：摄氏度 t22=50 %冷流体出口温度单位：摄氏度 qm2=50000/3600 %冷流体质量流量单位：kg/s %--------------查热工基础表数据--------------% %--------------热流体物性参数----------------% t1=(t11+t12)/2 %热流体定性温度单位：摄氏度 density1=971.8 %热流体密度单位：千克/立方米 u1=355.1/1000000 %热流体动力粘度单位：kg/(m.s) r1=67.4/100 %热流体导热系数单位：W/(m.k) Cp1=4195 %热流体比热单位：J/(kg.k) Pr1=2.21 %热流体普朗特指数 %-------------流体物性参数------------------% t2=(t21+t22)/2 %冷流体定性温度单位：摄氏度 density2=995.6 %冷流体密度单位：千克/立方米 u2=801.5/1000000 %冷流体动力粘度单位：kg/(m.s) r2=61.8/100 %冷流体导热系数单位：W/(m.k) Cp2=4174 %冷流体比热单位：J/(kg.k) Pr2=5.42 %冷流体普朗特指数无量纲 %------------热力计算-----------------------% Q=qm2*Cp2*(t22-t21) %换热量单位：w qm1=Q/Cp1/(t11-t12) %热水的质量流量单位：kg/s Tm1=((t11-t22)-(t12-t21))/log((t11-t22)/(t12-t21)) %对数平均温差P=(t22-t21)/(t11-t21) R=(t11-t12)/(t22-t21) g=0.99 %通过查表得修正系数 Tm=g*Tm1 %实际温差 m1=2 %初设流程数作为选择依据 m2=2 %初设流程数作为选择依据 n1=13 %初设流道数作为选择依据 n2=13 %初设流道数作为选择依据 K1=3100 %初选传热系数用于换热器选型 A=Q/K1/Tm %-----------初选换热器---------------------% de=8.58/1000 %当量直径 b=de/2 As=1627/1000000 %通道截面积
u形管换热器的设计方法 U型管换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、化学工程、电力等领域。它通过在管程内流动的流体与在管程外流动的流体之间 进行传热，实现两种介质之间的热量交换。 U型管换热器的设计方法需要考虑多个因素，包括传热效率、压降、 清洁性以及材料的选择等。下面将详细介绍U型管换热器的设计步骤。 1.确定传热条件：根据工艺流程和需要换热的介质，确定需要传输的 热量负荷、流体的温度、压力等参数。同时，还需要考虑流体的物性参数，如密度、比热容、粘度等。 2.选择U型管换热器的类型：根据传热条件和介质性质，选择合适的 U型管换热器类型。常见的类型有并联流动型、逆流型以及交叉流型。 3.确定管程和流程方式：确定U型管换热器的管程数目和流程方式。 在设计之前，需要考虑工艺流程和介质性质，选择合适的管程数目和流程 方式。管程数目多则传热效果好，但压降也会增加。 4.计算传热面积：根据传热负荷和传热系数，计算出所需的传热面积。传热系数可以根据换热介质的性质和管束结构来估计。 5.估算初始尺寸：根据计算所得的传热面积，估算出初步的尺寸。这 个过程包括确定换热管束的内径和长度，以及估算出U型管的折弯半径。 6.选择材料：根据介质性质和操作条件，选择合适的材料。常见的材 料有碳钢、不锈钢、铜合金等。选择材料时需要考虑腐蚀性、耐压性以及 成本等因素。
7.进一步确定尺寸和结构：根据估算的尺寸和材料的选择，进行更进 一步的确定。包括计算管程的数量、估算管束的布置形式、确定支撑方式、估算壳程和管程的压降等。 8.进行热力计算和力学强度校核：根据已确定的尺寸和结构参数，进 行热力计算和力学强度校核。热力计算主要包括流体温度计算、传热系数 计算以及传热管壁温度计算等。力学强度校核主要包括管束的换热管强度 计算和支撑结构的强度计算等。 9.进行性能和经济分析：根据热力计算和力学强度校核结果，进行性 能和经济分析。在性能分析中，评估换热器的传热效果和压降情况。在经 济分析中，评估换热器的制造成本和运行成本。 10.最终设计：根据性能和经济分析的结果，进行最终的设计。包括 确定最终的尺寸和结构参数，编制设计图纸等。 在U型管换热器的设计过程中，需要充分考虑流体的性质、工艺流程 的要求以及材料的选择等因素。通过科学合理的设计，可以达到满足换热 要求、经济合理和安全可靠的目标。