CN1588379A - 壳管式换热器计算机设计方法 - Google Patents

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Abstract

壳管式换热器计算机设计方法是属于制冷与空调技术和计算机辅助设计的领域。本发明首先建立水泵数据库；然后用模块化思想建立物性参数计算模块、换热器设计计算模块和各个输入输出模块；用C++语言编写各个模块的代码；将C++语言编写的各个模块程序代码用VC编译成DLL文件；用VB设计各个模块的界面，并用VB建立调用DLL文件的接口程序；将设计需要的工况参数和结构参数输入到输入模块中；调用DLL文件进行反复迭代计算；计算结果送入输出模块中并自动绘图。VB编制简单方便的界面和C++的高速高精度运算有机结合，在降低企业开发成本，提高设计效率，缩短开发周期和提高设计灵活性方面有广泛的应用前景。

Description

壳管式换热器计算机设计方法
技术领域
本发明涉及的是一种壳管式换热器设计方法，特别是一种采用计算机技术的壳管式换热器计算机设计方法，属于制冷与空调技术和计算机辅助设计的技术领域。
背景技术
壳管式换热器使用历史悠久，设计人员已经积累了丰富的设计经验。其设计方法已形成规范化的步骤。设计过程一般包括以下几个步骤：
1)结构设计。根据用户给定的壳管式换热器类型和换热管类型以及换热管结构参数：换热管基管直径db、翅顶直径dt、铜管内径di、翅片间距sf、翅顶宽度δT、翅片夹角θ，计算壳管式换热器的传热面积及其他结构参数。
2)工况计算。根据用户要求的工况参数：制冷量W、蒸发温度℃、冷凝温度℃、过冷温度℃、吸气温度℃、换热器的冷却水入口温度℃和制冷剂类型，计算换热管的有效管长、换热管总长、总传热面积、总传热系数和流程数。
3)计算需要的水侧压降和水流量，配备相应扬程的水泵。
近年来出现了计算机技术在换热器设计方面的应用，如秦振平在延安大学科学学报(自然科学版)2003年6月第22卷第2期发表的论文《Visual Basic 6.0语言开发列管式换热器设计软件》。其主要思想是用Visual Basic 6.0语言和数据库技术结合使用，使设计工作量降低，设计周期缩短。但在遇到复杂的迭代计算时运算速度慢，比如在确定有效管长和总传热面积的过程中，需要大量复杂的迭代运算，使设计运算量大，耗费时间，不能满足设计人员的要求。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷。本发明提出一种基于计算机技术，用模块化思想进行壳管式换热器计算机设计，采用高速计算的C++语言和可视化编程软件Visual Basic语言(简称VB)来实现壳管式换热器计算机设计。
本发明首先建立水和制冷剂物性参数计算模块。其次根据壳管式换热器的类型、换热管类型和壳管式换热器热交换过程建立计算模块，将确定壳管式换热器的结构参数和传热参数的复杂迭代计算交由计算机处理运行。具体设计方法如下：
1)根据水泵的扬程、流量和型号把各个厂家水泵型号和性能参数存储在水泵数据库中。
2)根据标准水物性资料和制冷剂物性资料编制物性参数计算模块。由换热器的冷却水入口温度、制冷剂蒸发温度和冷凝温度通过该模块可得水和制冷剂的热力学参数和传输特性参数。
3)根据壳管式换热器类型、换热管类型和壳管式换热器热交换过程编制换热器设计计算模块。
4)根据工况输入参数和结构输入参数分别编制工况参数输入模块和结构参数输入模块；根据热交换输出参数和结构输出参数分别编制热交换参数输出模块和结构参数输出模块，设定工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数的精度，制定详细的工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数列表。
5)用C++语言编写物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块的程序代码。
6)用Visual C++(简称VC)语言将这些模块的程序代码编译成DLL(动态连接库)文件。使用VB软件编制友好界面，设计各个模块的界面，并完成VB调用DLL文件的接口程序。
7)将设计需要的工况参数(制冷量W、蒸发温度℃、冷凝温度℃、过冷温度℃、吸气温度℃、冷却水入口温度℃)和制冷剂类型输入到工况参数输入模块中；将换热器类型、换热管类型和换热管的结构参数(基管直径db、翅顶直径dt、铜管内径di、翅片间距sf、翅顶宽度δT和翅片夹角θ)输入到结构参数输入模块中。
8)用VB调用DLL文件中的物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块进行反复迭代计算。
9)计算结果分别送入相应的输出模块中。结构参数输出模块显示：有效管长、换热管总长和流程数；热交换参数输出模块显示：总传热面积和总传热系数、水侧压降和水流量。
10)根据计算所得水侧压降和水流量，结合刚开始建立的水泵数据库，选配相应扬程和流量的水泵。
11)根据软件计算所得结果，通过AUTOCAD软件自动绘图。
本发明采用C++语言提高了模型的可重用性，物性参数计算模块可重复利用计算，使计算过程更方便，简化。基于C++语言是一种结构化语言，层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。可视化编程软件VB语法简单，可视化程度高，界面制作方便，结合C++语言的高速、高精度计算，发挥各自的优势，使开发软件无论从界面还是计算速度都是理想的。在计算机设计过程中提供标准工况设计，使设计系列化和标准化。同时也可提供非标准工况的设计，使设计人员自定义参数定制非标准结构形式。
本发明的有益效果：通过壳管式换热器计算机设计技术，使工程设计人员能够迅速得到不同工况下的设计数据参数，对壳管式换热器实现快速的各种参数优化设计。将VB编制简单方便的界面和C++的高速高精度运算有机结合，在降低企业开发成本，提高设计效率，缩短开发周期和提高设计灵活性方面有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合标准制冷工况要求下的设计参数，对本发明的壳管式换热器计算机设计方法作进一步描述。
设计的标准工况参数为，制冷量：111630W，蒸发温度：40℃，冷凝温度：10℃，过冷温度：15℃，吸气温度：35℃，换热器的冷却水入口温度：30℃，制冷剂为R22。
设计要求的壳管式换热器类型是满液式壳管蒸发器，换热管类型是低螺纹管，换热管的结构参数为，基管直径db：15.9mm，翅顶直径dt：18.9mm，铜管内径di：14mm，翅片间距sf：1.104mm，翅顶宽度δT：0.25mm，翅片夹角θ：20°。
具体设计步骤如下：
1)按照水泵的扬程、流量和型号把各个厂家水泵型号和性能参数存储在水泵数据库中。
2)根据标准水物性资料和制冷剂物性资料编制物性参数计算模块。由换热器的冷却水入口温度：30℃，计算得水的热力学参数：比重995.6kg/m3；传输特性参数：比热4174J/(kg·K)，导热系数0.618W/(m·K)，动力粘度801.5E-6kg/(m·s)。由制冷剂蒸发温度：40℃和冷凝温度：10℃计算得制冷剂R22的热力学参数：压力1533521.25Pa，液体焓249.686kj/kg，气体焓416.543kj/kg。
3)根据壳管式换热器类型：满液式壳管蒸发器、换热管类型：低螺纹管和壳管式换热器热交换过程编制换热器设计计算模块。
4)设定工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数的精度为10-6；制定详细的工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数列表。
5)用C++语言编写物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块的程序代码。
6)用Visual C++(简称VC)语言将这些模块的程序代码编译成DLL(动态连接库)文件。使用VB软件编制友好界面，并完成VB调用DLL文件的接口程序。
7)将设计需要的工况参数(制冷量：111630W、蒸发温度：40℃、冷凝温度：10℃、过冷温度：15℃、吸气温度：35℃、换热器冷却水入口温度：30℃)和制冷剂类型：R22输入到工况参数输入模块中；将换热器类型：满液式壳管蒸发器、换热管类型：低螺纹管和换热管的结构参数(基管直径db：15.9mm、翅顶直径dt：18.9mm、铜管内径di：14mm、翅片间距sf：1.104mm、翅顶宽度δT：0.25mm和翅片夹角θ：20°)输入到结构参数输入模块中。
8)用VB调用DLL文件中的物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块进行反复迭代计算。
9)计算结果分别送入相应的输出模块中。结构参数输出模块显示：有效管长为3.033449m、换热管总长为317.3168m和流程数为8。热交换参数输出模块显示：总传热面积为63.28597m2和总传热系数为244.5282W/(m2·k)，水侧压降计算模块显示：水侧压降为184391.7Pa和水流量为3.7m3/H。
10)根据求得水侧压降：184391.7Pa和水流量：3.7m3/H，调用水泵数据库，选配水泵型号为QDLF4-20轻型立式多级离心泵，配用0.37KW的电机。
11)根据软件计算所得结果，通过AUTOCAD软件自动绘出换热器的整体结构图和换热管的结构布局图。

Claims (7)

1，一种壳管式换热器计算机设计方法，其特征在于该计算机设计方法的步骤包括：
1)根据水泵的扬程、流量和型号把各个厂家水泵型号和性能参数存储在水泵数据库中；
2)根据标准水物性资料和制冷剂物性资料编制物性参数计算模块；
3)根据壳管式换热器类型、换热管类型和壳管式换热器热交换过程编制换热器设计计算模块；
4)根据工况输入参数和结构输入参数分别编制工况参数输入模块和结构参数输入模块；根据热交换输出参数和结构输出参数分别编制热交换参数输出模块和结构参数输出模块，设定工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数的精度，制定详细的工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数列表；
5)编写物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块的程序代码；
6)将这些模块的程序代码编译成DLL动态连接库文件，编制友好界面，并建立调用DLL文件的接口程序；
7)将设计需要的工况参数和制冷剂类型输入到工况参数输入模块中；将换热器类型、换热管类型和换热管的结构参数输入到结构参数输入模块中；
8)调用DLL文件中的物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块进行反复迭代计算；
9)计算结果分别送入相应的输出模块中；
10)根据计算所得水侧压降和水流量，结合刚开始建立的水泵数据库，选配相应扬程和流量的水泵；
11)根据计算所得结果，自动绘图。
2，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤4，设定工况输入参数、结构输入参数、热交换输出参数和结构输出参数的精度为10-6。
3，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤5，是用C++语言编写物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块的程序代码。
4，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤6，是用VC语言将各模块的程序代码编译成DLL文件，是用VB编制各个模块的界面，并用VB建立调用DLL文件的接口程序。
5，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤8，是用VB调用DLL文件中的物性参数计算模块、换热器设计计算模块、工况参数输入模块、结构参数输入模块、热交换参数输出模块和结构参数输出模块进行反复迭代计算。
6，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤9，计算结果在结构参数输出模块中显示：有效管长、换热管总长和流程数；在热交换参数输出模块中显示：总传热面积、总传热系数、水侧压降和水流量。
7，根据权利要求1所述的壳管式换热器计算机设计方法，其特征是所述的步骤11，是采用AUTOCAD软件自动绘出换热器的整体结构图和换热管的结构布局图。
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