超低温热管换热器的优化设计软件开发

毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。

2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。

其总流阻损失应在满足规定要求。

2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。

3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。

3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。

3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。

R E SE A R C H D E S K,\|研发设计刺刀管式换热器设计要点及优化刘丹胡小冬(江苏中圣压力容器装备制造有限公司，江苏南京211100)摘要：换热器在化工企业已得到广泛应用，但针对某些特殊工况，如高温差、介质腐蚀性强等需要经常检修维护和更换换热 管，常规的U形管换热器、发卡换热器或浮头式换热器可以解决温差问题，但不易更换换热管，文章介绍了一种刺刀式换热 器，可以较好地解决此问题。

关键词：刺刀换热器：高温差：检修 文献标识码:A中图分类号:TK172文章编号：2096-4137 (2021) 04-11-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2021.04.01Design requirements and optimization of bayonet tube heat exchangerLIU Dan,HU Xiaodong(Jingsu Sunpower Heat Exchanger & Pressure Vessel Co., Ltd., Nanjing 211100, China)Abstract:Heat exchanger in chemical industry has been widely used.But for some special conditions such as high temperature difference and strong corrosive medium working conditions,which need frequent maintenance and replacement for tubes.U-tube heat exchanger,hairpin heat exchanger and floating head heat exchanger can only solve the problem of high temperature difference.These types of heat exchangers are not convenient to replace the tubes.This paper introduces a bayonet heat exchanger,which can solve this problem well.Keywords:bayonet heat exchanger;high temperature difference;maintenance and repair受某化工企业委托，对业内目前使用的刺刀换热器进行结构优化，实现换热管可拆。

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。

利用HTRI进行管壳式换热器的设计发布时间：2021-07-05T02:51:01.218Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：王建航[导读] 常用的管壳式换热器主要有固定管板式，浮头式及U型管式。

一般优先选用固定板式换热器。

对壳体和管子温差超过30°C或冷热流体进口温差超过110°C的情况应考虑选用浮头式换热器。

对于高温高压流体应考虑选用U型管换热器。

空气产品（山东）工程设计有限公司山东省淄博市 255000摘要：管壳式换热器作为重要的换热设备，在石油石化行业应用广泛。

本文阐述了如何借助HTRI进行管壳式换热器的设计，以及在设计过程中需要注意的问题，从而设计出经济实用的换热器。

关键词：管壳式换热器；HTRI管壳式换热器又称列管式换热器，因其制造容易，生产成本低，适应性强，处理量大，工作可靠，维护方便，在石油，化工，能源等行业的应用中处于主导地位。

【1】相比于其他型式的换热器，其理论研究，设计技术及标准化和规范化也是最完善的。

【2】随着计算机技术的发展，专门的换热器计算软件HTRI，HTFS已经成为换热器计算的主要手段，并很好的符合实际的生产工况。

本文主要叙述如何利用HTRI进行管壳式换热器的设计。

1 设计前应确定的条件1.1明确两股流体的工艺参数及要求初步确定换热器的形式。

常用的管壳式换热器主要有固定管板式，浮头式及U型管式。

一般优先选用固定板式换热器。

对壳体和管子温差超过30°C或冷热流体进口温差超过110°C的情况应考虑选用浮头式换热器。

对于高温高压流体应考虑选用U型管换热器。

1.2根据两股流体的物性确定冷热流体的流程。

1/易结垢的物料应走容易清洗的一侧；2/有毒，有腐蚀性或高压的物料应走管程；3/通常蒸汽为便于排凝，一般通入壳程；4/高粘度流体或在管程为层流的流体，可考虑其走壳程。

因为壳程中的挡板有利于流体达到湍流，提高换热系数；1.3根据流体物性确定合适的污垢系数流体的结垢会严重影响换热器的换热效果。