管壳式换热器计算软件

原始数据G2m^3/d600进口水温度t2'℃95出口水温t2"℃75油水混合进口温度t1'℃20油水混合出口温度t1"℃45壳体内径Ds m1管子外径do m0.025管子内径di m0.017管子长度l m5定性温度和物性参数计算水定性温度t2(t2'+t2")/2℃85ρ968.55λ0.677v 3.455E-07a0.000668Pr 2.08油水定性温度t1(t1'+t1")/2℃32.5ρ939.925λ0.3821625v 6.91718E-05Pr839.82125换热器效率90%设计传热量Q0460592.4531冷却水量G219544.23422逆流平均温差ΔTn(Δtmax-Δtmin)/(ln(Δtmax/Δtmin))℃49.11105006试选传热系数K0118初选传热面积F079.47958493总管子数Nt A/(π*d0*l)202.4957578管程换热系数管程流通面积a2(Nt/2)*(π/4)*di^20.022913365管程流速w2G2/(a2*ρ*3600)0.303073968管程雷诺数Re2ρ*w2*di/u214912.4673管程换热系数h216674.05889壳程换热系数壳程流通面积a1π/4*(Ds^2-Nt*d0^2)0.154822852壳程流速w10.036204208壳程当量直径de(Ds^2-Nt*d0^2)/(Nt*d0)0.039054765壳程雷诺数Reρ*w2*di/u24092.465489 Nu42.0365279h1728.687767水侧油污r20.00034油水混合物油污r10.00017铁管43.2传热系数K117.842643N015.63393744s0.03125Ds0.56875202湍流Nu=741.7237 200<2100层流16。

ASPEN PLUS软件在管壳式换热器设计中的应用摘要：文章介绍了ASPEN PLUS软件在管壳式换热器设计中的应用。

通过与必要的手工计算相结合,便捷高效地设计出符合中国相关标准管壳式换热器的步骤和方法。

并以一个实例来演示所提方法的简单性和有效性,所得的换热面积相比节省了 66. 7%。

关键词：换热器设计 ASPEN PLUS引言ASPEN PLUS软件是一款功能强大的化工软件、动态模拟及各类计算的软件，它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该软件也和其他软件一样在不断的升级。

换热器是一种实现物料之间热量传递的设备,广泛应用于化工、冶金、电力、食品等行业。

在化工装置中换热设备占设备数量的40%左右,占总投资的 35% ~46%。

目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中占有绝对优势。

换热器的设计主要包括传热和阻力计算两个方面。

由于换热器的设计方法比较烦杂,且需要迭代计算,故借助于日益普及的计算机软件进行优化设计则可以极大地提高工作效率。

目前,工程上已大量使用商业软件进行换热器的计算。

最著名的专业换热器计算软件主要有成立于 1962 年的美国传热研究公司 ( HTRI)开发的 XchangerSuite 软件;成立于 1967 年的英国传热及流体服务（HTFS)开发的 HTFS 系列软件和 B-JAC 软件。

为了便于组织工业生产,换热器的设计要尽可能符合相关的行业标准。

对于管壳式换热器,国外主要标准有TEMA(TubularExchangersManu-facturersAssociation)和 ASME (American SocietyofMechanical Engineers);国内主要标准有国标 GB151-1999(管壳式换热器标准),行业标准 JB/T 4715-92(固定管板式换热器形式与基本参数)和 HG 21503-92(钢制固定式薄管板换热器)。

管壳式换热器工艺计算软件(THecal Ver 1.3)绿色版无需安装解压后启动 Thecal.exe该软件是通用的管式换热器的工艺设计计算软件，其结构参数是以GB151-1999为基础，同时参照了JB/T 4174-92、JB/T 4175-92。

尽管 THECAL遵守JB/T 4174-92、JB/T 4175-92 的规定，但用户可以自行修改有关的结构参数。

硬件环境：Thecal 对硬件环境没有特殊要求，建议采用486-DX66或以上的CPU。

请将显示卡的分辨率设置为800×600或以上。

软件环境：该软件运行在中文Windows 9X环境下。

推荐使用中文Windows 98。

软件安装：运行系统盘上的 “..\THECAL\Setup.exe”，安装向导向到会引导用户顺利完成安装。

运行该软件后，首先进入数据输入界面，在管程与壳程这两个回路中，流量、进出口温度、及热负荷这七个数据中必须且仅须已知五个数据方可进行计算，也就是说需要有五个选择框被选中并填入合理的数据才能够进行计算。

当选择框选择不对或数据不合理，将提示错误，可以参考右上角的图形来检查出错的原因，重新确定已知数据并输入合理的数据。

输入数据后，首先按<热平衡>按钮来建立热平衡，如果输入的数据不合理，软件即发出数据错误信息，您可以留意屏幕右上角的图形来检查数据错误的原因。

正确地建立好热平衡后，即可按<计算>按钮来进入下一个界面进行计算。

该软件提供验证、设计两种计算方式，使用<设计>时，软件会自动确定管壳式换热器的壳程内径、折流板数及间距、拉杆数、换热管根数、换热管长度及管间距等，自动计算将自动确定换热器的流程数，其结构参数一般是遵循JB/T 4174-92、JB/T 4175-92的规定。

<验证>时，可以自行确定换热器的管程及壳程的所有结构参数。

首先确定壳体内径，然后确定换热管的长度，再核实其他的结构参数，按<验证>来计算该换热器的传热及流阻性能情况。

HTRI管壳式换热器设计基础教程郑州大学化工与能源学院2011年11月HTRI简介美国传热研究协会（Heat Transfer Research Institute）简称HTRI，主要致力于工业规模的传热设备的研究，开发基于试验研究数据的专业模拟计算工具软件，提供完善的产品、技术服务和培训。

HTRI帮助其会员设计高效、可靠及低成本的换热器。

HTRI Xchanger Suite是HTRI开发的换热器设计及核算的集成图形化用户环境，它包括以下几个部分：HTRI.Xist能够计算所有的管壳式换热器，作为一个完全增量法程序，Xist包含了HTRI 的预测冷凝、沸腾、单相热传递和压降的最新的逐点计算法。

该方法基于广泛的壳程和管程冷凝、沸腾及单相传热试验数据。

HTRI.Xphe能够设计、核算、模拟板框式换热器。

这是一个完全增量式计算软件，它使用局部的物性和工艺条件分别对每个板的通道进行计算。

该软件使用HTRI特有的基于试验研究的端口不均匀分布程序来决定流入每板通道的流量。

HTRI.Xace软件能够设计、核算、模拟空冷器及省煤器管束的性能，它还可以模拟分机停运时的空冷器性能。

该软件使用了HTRI的最新逐点完全增量计算技术。

HTRI.Xjpe是计算套管式换热器的软件。

HTRI.Xtlo是管壳式换热器严格的管子排布软件。

HTRI.Xvib是对换热器管束的单管中由于物流流动导致的振动进行分析的软件。

HTRI.Xfh能够模拟火力加热炉的工作情况。

该软件能够计算圆筒炉及方箱炉的辐射室的性能以及对流段的性能，它还能用API350对工艺加热炉的炉管进行设计，并完成燃烧计算。

在本次培训中，们以HTRI.Xist为主，介绍HTRI的使用。

一、换热器的基础设计知识1. 换热器的分类按作用原理和实现传热的方式可分三大类：即混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器，其中间壁式换热器按传热面的形状和结构分类：(1)管壳式：固定管板式、浮头式、填料函式、U 型管式(2)板式：板翅式、平板式、螺旋板式(3)管式：空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式(4)液膜式：升降膜式、括板薄膜式、离心薄膜式(5)其他型式：板壳式、热管2.换热器设计标准：中国：GB 151 《管壳式换热器》美国：TEMATEMA—Tubular Exchanger Manufacturers Association (管式交换器制造商协会），TEMA标准就是该协会下属的技术委员会编制的一本关于列管式换热器设计、制造和检验的标准，是目前世界上使用最广泛的列管式换热器标准。

再放送专业小工具管壳式换热器换热面积计算软件
再放送专业小工具——管壳式换热器换热面积计算软件是一款由再放
送开发的专业小工具软件，主要用于帮助工程师进行管壳式换热器换
热面积计算。

它可以让使用者以图形方式了解换热器结构，以及计算
换热器管壳式换热面积。

该软件基于管壳式换热器换热面积的规律，采用相应的模型和算法，
运用计算机图形技术，在保证计算精度的同时，实现了较为自然的图
形界面，从而提高了实际应用中的便捷性。

而且该软件还提供了换热
器换热面积的报表和图形输出，可以方便的让使用者查看管壳式换热
器换热面积的计算结果，方便快捷。

此外，这款小工具还包含管壳式换热器参数校核模块，涵盖了管壳式
换热器有关的参数校核，包括管壳式换热器的容积流量、管壳式换热
器的温差穿透系数、管壳式换热器的换热系数、管壳式换热器的换热
面积等，可以帮助使用者校核管壳式换热器的相关参数，更有利于提
高换热器的工作效率。

总之，再放送专业小工具——管壳式换热器换热面积计算软件是一款
非常有用的工具，能够帮助工程师快速准确的计算出换热器换热面积，为换热器的设计和应用提供可靠的计算和分析，大大降低开发成本和
提高工作效率。

用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析利用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之一，由于结构和流道复杂，导致准确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。

而对换热器的结构性能进行准确分析一般都需要进行流固耦合模拟，如果要同时进行换热器的流体流动与传热和结构性能分析就更加困难。

般利用已知的平均温度或利用已知的换热（膜）系数对几何结构模型加载，而这些已知条件通常来源于手册提供的数据或者经验数据，并非来源于严格的换热器流体力学与传热工艺的数值计算，因此是产生结果计算偏差的主要原因之一。

目前文献对于给定工艺条件下管壳式换热器的整体温度场研究的并不多，由于准确的温度场是研究温差应力及其危害的前提，因此本文利用FLUENT 和ANSYS 软件对一台固定管板换热器的约束构件之间的整体结构在正常运行工况下的数值模拟问题进行了研究，首先从计算流体力学与传热的角度出发，利用FLUENT 软件进行换热器流体流动与传热的工艺状况数值模拟。

然后把FLUENT 软件的数值模拟结果导入ANSYS中作节点插值，完成温度场的重建，作为进行换热器的热分析以及结构分析的边界条件。

从而实现了管壳式换热器的FLUENT 和ANSYS 联合仿真模拟，综合整个过程可以很好地完成同一条件下换热器的流体力学与传热和结构性能分析，使得换热器的工艺性能计算与结构分析计算完整地结合在一起，计算精度更高。

1 CFD数值模拟本文研究的换热器结构示意如图1所示，在对实际结构进行合理简化的基础上，以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型，采用分段模拟、整体综合的方法，利用FLUENT软件对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行数值模拟[8] ，得到计算流道上有关各个构件的壁温场分布。

图1 换热器结构示意图CFD模型正常工作状态下换热器的管程介质为饱和水蒸汽，蒸汽温度为110℃。

参数名称符号数据单位参数名称一、操作/介质参数管程低温介质液体高温介质进口温度32.00℃进口温度出口温度38.00℃出口温度流量64939.00Kg/hr 流量平均温度35.00℃比热 4.18KJ/kg.C 比热热量6944.06kw 热量流体主体粘度0.80cP 密度1030.00kg/m3热导率 K 0.50W/(m)(K)近壁面粘度0.80cP二、传热参数计算总传热功率5939.97kw实际总传热系数1541.24W/(m)(K)污垢损失传热计算总传热系数(无污垢)382.86W/(m)(K)对数平均温差(LMTD)16.70℃三、对数平均温差计算对数平均温差(LMTD)12.219.84℃预定换热器型式2管程1壳程修正后对数平均温差P49.00M四、总传热系数计算1/U0.00五、列管换热器结构参数参数名称符号数据单位管壳式换热器设计计算软件工况选外壳直径Ds0.50m流向形式列管数nt500.00根列管外径Do0.03m换热器型式列管内径Di0.02m列管长度L 5.88m高温流体走管内管间距s0.03m列管排列方式 1.00交错排列挡板间距B0.28m直线排列列管材质及导热系数kt17.00W/(m)(K)计算换热面积929.07m2设计换热面积230.79m2换热裕度 %六、校核计算管程流通面积0.17m2流通面积质量流量103.98kg/s/(m2)质量流量雷诺数2599.45/雷诺数hi/(Cp.G) (Re>8,000)0.00/Re>200K hi/(Cp.G)hi/(Cp.G) (Re<2,100)0.00/Re=300~200K hi/(Cp.G) hi/(Cp.G) Re=2,100-8,0000.00/Re<300 hi/(Cp.G)预定雷诺数382.85W/(m2)/K预定雷诺数校正因子 F1管壁传热系数校正因子 Fr管壁传热系数6800.00W/(m2)/K修正 hi4数据单位壳程液体80.00℃39.00℃39000.00Kg/hr59.50℃4.18KJ/kg.C4935.88kw0.90cP1000.00kg/m30.50W/(m)(K)0.90cP1158.38W/(m)(K)16.70℃9.84℃16.70℃41.44382.86W/(m2)/K 工况选择2.002.00Y并流逆流单管程单壳程双管程单壳程698.28壳程0.03m2353.74kg/s/(m2)9826.15/0.00/0.00/0.00/3668.40W/(m2)/K0.73/1.00/2664.39W/(m2)/K m a0.300.170.370.270.64 1.31。