第5讲 热过程单元的仿真设计(一)
换热器单元仿真软件 操作说明书
换热器单元仿真软件操作说明书欧倍尔北京欧倍尔软件技术开发有限公司2018年3月地址：北京海淀区清河永泰园甲一号建金商厦4层423室邮编：100193II-目录一工艺流程简介 (1)1.1工作原理.......................................................................................................................................11.2流程说明.......................................................................................................................................1二工艺卡片 (1)2.1设备列表.......................................................................................................................................12.2现场阀门.......................................................................................................................................22.3仪表列表.......................................................................................................................................22.4工艺参数.......................................................................................................................................3三复杂控制说明........................................................................................................................................3四控制规程 (4)4.1正常开车 (4)4.1.1开车前准备..........................................................................................................................44.1.2启动冷物流进料泵..............................................................................................................44.1.3冷物流进料..........................................................................................................................44.1.4启动热物流入口泵..............................................................................................................44.1.5热物流进料..........................................................................................................................44.2正常运行 (5)4.2.1正常工况操作参数..............................................................................................................54.2.2备用泵的切换......................................................................................................................54.3正常停车 (5)4.3.1停热物流进料泵..................................................................................................................54.3.2停热物流进料......................................................................................................................54.3.3停冷物流进料泵..................................................................................................................54.3.4停冷物流进料......................................................................................................................54.3.5E101管程、壳程泄液. (5)地址：北京海淀区清河永泰园甲一号建金商厦4层423室邮编：100193III-4.4事故处理 (6)4.4.1FV101阀卡............................................................................................................................64.4.2P101A 泵坏............................................................................................................................64.4.3P102A 泵坏............................................................................................................................64.4.4TV102A 阀卡........................................................................................................................64.4.5TV102B 阀卡.........................................................................................................................74.4.6换热器管堵..........................................................................................................................74.4.7换热器结垢严重 (7)五PID 图......................................................................................................................................................8六仿真画面 (8)一工艺流程简介1.1工作原理传热，即热交换和热传递，是自然界和工业过程中一种最普遍的热传递过程。
Aspen_plus热过程单元的仿真设计(二)(6讲)
HeatX —— 概况
概况表单给出了冷、热物流的 进、出口温度、压力、蒸汽分率 (Vapor fraction)，以及换热器的热负 荷(Heat duty)。
HeatX —— 概况
(2)
HeatX——换热器详情
换热器详情表单给出了需要的换热器 面积(Required exchanger area) 、实际的换 热器面积(Actual exchanger area) 、清洁 (Clean)和结垢(Dirty)条件下的平均传热系 数(Avg. heat transfer coefficient)、校正后 的对数平均温差(LMTD corrected) 、热效 率 (Thermal effectiveness) 和 传 热 单 元 数 (Number of transfer units)等有用的信息。
对上例选用下述换热器进行详细核算：
外壳直径：325 mm ， 公称面积：10 m2， 管长：3 m ，管径： 192 mm ，管数：76 ， 排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：1， 折流板间距：150 mm ， 折流板缺口高度：79 mm
HeatX—详细计算 (2)
HeatX— 详细计算 (3)
压降 ( Pressure Drop )
• 分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
• 根据几何结构计算
( Calculated from geometry )
HeatX—— 详细计算 (4)
HeatX—— 详细计算 (5)
HeatX—— U-膜系数法
(2)
HeatX—几何结构
详细计算时需输入换热器的几何 结构参数。从数据浏览器左侧的目录 树中选择几何(Geometry)项目，然后 在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、 管翅(Tube fins)、挡板(Baffles)和管嘴 (Nozzles)表单中输入相应的数据。
使用Solidworks进行热设计仿真
使用Solidworks进行热设计仿真SolidWorks是一款功能强大的CAD软件，它不仅可以进行机械设计和制图，还可以进行热设计仿真。
在热设计仿真中，SolidWorks可以帮助工程师模拟和分析热传导、对流和辐射等热传输现象，以评估产品的热性能。
热设计仿真对于许多行业来说都非常重要。
在汽车工业中，了解发动机和排气系统的热特性对于性能和排放的优化至关重要。
在电子行业中，确保电子设备的散热性能良好可以提高设备的寿命和可靠性。
在能源行业中，对于电力设备和泵站等的热行为的分析可以帮助优化设计和提高效率。
在创建几何模型之后，工程师需要定义材料的热性能。
SolidWorks提供了材料库，包含了各种热性能参数，如导热系数、比热容和密度等。
工程师可以根据实际情况选择合适的材料，并将其应用于几何模型。
接下来，工程师需要定义边界条件和加载条件。
边界条件包括固定边界和热边界条件。
固定边界条件用于模拟固定温度或热流的情况，而热边界条件用于模拟热辐射或对流。
加载条件可以是温度、热流或热通量等。
完成边界条件和加载条件的定义后，工程师可以进行热仿真的设置。
SolidWorks提供了多种热仿真工具，包括传热分析、热应力分析和热疲劳分析等。
工程师可以根据需求选择合适的仿真工具，并进行相应的设置。
在进行热仿真之前，工程师可以预览和调整仿真设置。
SolidWorks提供了实时预览功能，可以帮助工程师了解仿真结果的变化趋势。
如果需要，工程师还可以调整仿真设置，以达到更准确的仿真结果。
完成仿真设置后，工程师可以运行热仿真。
SolidWorks会自动进行计算，并生成仿真结果。
工程师可以通过动画、图表和报告等形式查看仿真结果，并进行评估和分析。
使用SolidWorks进行热设计仿真的好处是显而易见的。
首先，SolidWorks提供了直观和易于使用的界面，使工程师能够快速上手。
其次，SolidWorks提供了全面的建模和仿真工具，可以满足各种热设计仿真的需求。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真工程设计是现代工程领域中非常重要的环节之一，而热设计仿真则是工程设计中不可或缺的一环。
热设计仿真是指利用计算机模拟和分析工程设计中的热传导、热对流、辐射传热等热学现象，以便更好地理解和优化工程设计中的热学问题。
本文将对工程设计中的热设计仿真进行浅析，探讨其在工程设计中的重要性和应用。
热设计仿真在工程设计中的重要性不言而喻。
热学问题在工程设计中是十分常见的，涉及到能源利用、设备性能、材料选型等方方面面。
通过热设计仿真，工程师可以在设计阶段就对热学问题进行全面的分析和优化，避免在实际制造过程中出现不必要的热学问题。
在汽车发动机的设计中，通过热设计仿真可以对发动机的散热系统进行优化，提高其散热效率，从而提高发动机的工作效率和寿命。
而在建筑设计中，通过热设计仿真可以对建筑的隔热材料进行选择和布局，减少建筑内部的热量损失，提高建筑的能源利用效率。
可见，热设计仿真在工程设计中的重要性不可低估。
热设计仿真在工程设计中的应用十分广泛。
不同于传统的试验方法，热设计仿真可以模拟和分析各种复杂的热学现象，如多相流动、相变传热、非线性传热等，这些在实验中往往难以进行详细的研究。
通过热设计仿真，可以更好地理解和优化工程设计中的热学问题，提高设计的准确性和可靠性。
在电子产品设计中，热设计仿真可以对电子元件的热传导和散热进行模拟和分析，以保证电子产品在工作过程中不会因为过热而损坏。
又如在航空航天领域，热设计仿真可以对飞行器的外壳材料和结构进行分析，以保证飞行器在极端环境下的耐热性和散热能力。
热设计仿真在工程设计中的应用是非常广泛的，几乎涉及到了所有领域。
热设计仿真技术的发展也为工程设计提供了更多的可能性。
随着计算机技术和数值仿真方法的不断发展，热设计仿真技术已经能够模拟和分析复杂的热学问题，如多尺度传热、多物理场耦合和非线性传热等。
这些新技术的应用不仅提高了热设计仿真的准确性和可靠性，还为工程设计提供了更多的设计自由度和创新可能性。
8-热加工过程的模拟与仿真
常用软件
• 经多年研究开发，已经形成一批热加工工艺商业软件
• 主要有ProCast、Simulor、SolDIA、SolSIAR、AFS Solidification System3D(铸造)、ViewCAST、EForm、 AutoForge、SuperForge (体积塑性成形)、DYNA3D、 PAM-Stamp、ANSYS (板料塑性成形)、ABAQUS 等。
3、宏观工艺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ拟研究方向
1） 单一分散→耦合集成 模拟功能由单一的温度场、流场、应力/应变场、组织场
模拟进入耦合集成阶段。包括：流场←→温度场；温度场 ←→应力/应变场；温度场←→组织场；应力/应变场←→组 织场等之间的耦合，以真实模拟复杂的实际热加工过程。
2） 共性、通用→专用、特性 由于建立在温度场、流场、应力/应变场数值模拟基础上的 常规热加工，特别是铸造、冲压、铸造工艺模拟技术的日益 成熟及商业化软件的不断出现，研究工作已由共性通用问题 转向难度更大的专用特性问题：
铸造工艺 设计
去应力及均
钢水冶炼
浇注
打箱
匀化热处理
组织及力学 性能检测
精加工
差硬热处理
无损检测
粗加工
铸钢支承辊生产流程图
铸件和铸型的 几何造型
对铸件作网格剖分，离 散到所需的单元尺寸，
修正表面形状
求解能量、动量等 控制方程及缺陷预 测的各种判据函数
计算结果显示与分析
边界条件与初始条件
金属与铸型材料热物 性参数数据的输入
缩孔位置模拟验 证初次工艺设计 思想是否合理
缩孔深964mm
充型凝固后产生的缩孔
2.2 根据凝固过初次模拟结果确定铸型设计方案
方案一：下辊颈金 属型直径2500mm. 方案二：下辊颈金 属型直径2167mm.
使用Solidworks进行热设计仿真
使用Solidworks进行热设计仿真SolidWorks是一种功能强大的三维计算机辅助设计（CAD）软件，它不仅可以用于机械设计，而且还可以进行热设计仿真。
在热设计过程中，SolidWorks提供了许多实用的工具和功能，使用户能够准确地模拟和分析物体在不同温度下的热传导、热辐射和热对流等热力学现象。
本篇文章将详细介绍如何使用SolidWorks进行热设计仿真，并对其优势和应用领域进行探讨。
首先，我们需要创建一个实体模型，以便在SolidWorks中进行热设计仿真。
实体模型可以通过绘制2D草图并拉伸、旋转或镜像来创建。
如果已经有现成的模型文件，也可以直接导入到SolidWorks中进行热设计仿真。
完成实体模型后，我们可以选择模拟类型，即热仿真。
SolidWorks提供了几种热仿真选项，如稳态热仿真、瞬态热仿真和非线性热仿真。
在应用中，我们可以根据具体需求选择最合适的仿真类型。
在稳态热仿真中，我们可以模拟物体在稳定温度下的热传导。
通过设定温度边界条件和热导率等参数，SolidWorks可以计算出物体内部的温度分布。
这对于优化散热器、冷却风扇等热管理系统非常有用。
例如，我们可以通过稳态热仿真来优化机箱的散热设计，确保内部元件的温度在安全范围内。
在瞬态热仿真中，我们可以模拟物体在时间上变化的温度分布。
这对于分析例如冷却系统启动和停止时的温度变化非常有用。
通过模拟不同启停条件下的温度分布，我们可以评估冷却系统的效果，并进一步优化设计。
在非线性热仿真中，我们可以模拟物体在极端温度或大温度梯度下的行为。
这对于设计高温工作环境下的部件非常有用。
例如，我们可以通过非线性热仿真来评估能否满足汽车发动机舱中的零部件的可靠性要求。
除了上述仿真类型，SolidWorks还提供了其他一些实用的工具，如流体传热仿真、热应力仿真和辐射传热仿真等。
这些工具提供了更详细和准确的热设计仿真分析，并帮助用户解决更复杂的问题。
总之，SolidWorks提供了丰富的工具和功能，使用户能够进行准确和可靠的热设计仿真。
Aspen_plus_热过程单元的仿真设计(一)(5讲)
HeatX—计算类型（2）
HeatX—简捷计算
简捷计算只能与设计或模拟选项配合。 简捷计算不考虑换热器几何结构对传热和压 降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的 出口状态或换热负荷，模块计算达到指定换 热要求所需的换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模 块计算两股物流的出口状态。
Heater — 应用示例 (4)
流量为 100 kg/hr、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃的丙酮通 过一电加热器。当加热功率分别 为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
Heater — 物性计算
利用Heater模块可以很方便地计算混 合物在给定热力学状态下的各种物性数据， 如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、 热容、导热系数等等：只需将给定组成的 物流导入Heater模块，根据给定的热力学 状态设定Heater的模型参数，并在总Setup 的Report Options中设定相应的输出参数选 项即可。
Heater 加热器模型（2）
Heater —— 连接
Heater 模型的连接图如下：
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
从 中 任 选 两 项
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2） 压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
CAPD基础 第五讲
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真工程设计中的热设计仿真是指通过计算机软件模拟热传输过程，分析热设计问题的工程方法。
它可以帮助工程师快速准确地预测系统中各个零部件的温度分布、热量传递效率、热应力和热损失等热特性，从而优化设计方案，提高系统的热性能。
热设计仿真在工程设计中起着至关重要的作用。
它可以提前发现设计中的热问题，如过热、过冷、热应力集中等，避免在实际工程中出现不必要的故障和问题。
通过热设计仿真可以优化系统中各个零部件的布局、材料选择和冷却方式，提高热传导效率，降低系统的能耗，从而达到节能的目的。
热设计仿真还可以对系统进行不同工况的热分析，了解系统在不同工况下的热特性，为系统的安全运行提供参考依据。
热设计仿真主要包括两个方面的内容：热传导仿真和流体仿真。
热传导仿真主要研究热传导过程，其原理是通过模拟导体内部的温度分布，计算导热系数和导热路径，确定热传导过程中的温度分布和热流量。
热传导仿真可以分析零部件的温度分布、热应力和热损失等问题，从而确定零部件的材料选择和布局方式。
流体仿真主要研究流体动力学和热传输过程，其原理是通过模拟流体的流动和传热过程，计算流体的速度、温度和压力等参数。
流体仿真可以分析流体在管道和设备中的流动状态和热传输效率，从而优化流体的流动路线和冷却方式。
在实际应用中，工程师可以通过商业仿真软件进行热设计仿真。
这些软件具有强大的计算能力和友好的用户界面，能够提供详细的仿真结果和分析报告，帮助工程师快速准确地进行热设计仿真。
工程师还可以根据具体的设计要求和实际情况选择合适的边界条件、材料参数和散热方式等，进行不同工况下的热仿真分析，并根据仿真结果进行设计优化。
热设计仿真在工程设计中具有重要的作用，可以帮助工程师预测和分析系统的热特性，优化设计方案，提高系统的热性能。
随着计算机技术的不断发展，热设计仿真将在工程设计中发挥越来越重要的作用。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真热设计仿真是工程设计中非常重要的一项工作，通过模拟和计算，可以预测和分析工程设备及系统在工作过程中可能产生的热量及其分布情况，从而评估设计方案的可行性，优化设计方案，提高工程的性能和效率。
在工程设计中，热设计仿真可以应用于多个领域，如建筑、汽车、工业设备等。
对于建筑来说，热设计仿真可以帮助分析建筑物在不同季节和气候条件下的热传输情况，从而确定合适的隔热材料和设备，提高建筑的节能性能。
对于汽车来说，热设计仿真可以模拟车辆在行驶过程中产生的热量，并评估散热系统和冷却系统的性能，从而避免发动机过热和故障。
对于工业设备来说，热设计仿真可以模拟设备在长时间运行过程中的温度分布情况，以及设备间的热交换过程，从而优化设备布局和散热方案，提高设备的工作效率。
热设计仿真的核心是建立数学模型和计算模型。
数学模型是通过物理定律和基本方程建立起来的，用于描述热传导、传热和热辐射等热过程。
计算模型则是基于数学模型进行数值计算和模拟的工具，常用的计算方法包括有限元法、有限差分法和计算流体力学等。
在进行热设计仿真时，首先需要确定仿真的目标和边界条件。
目标是指需要分析和优化的设计指标，如温度分布、热传输系数和散热效率等。
边界条件是指仿真模型中需要考虑的条件，如环境温度、表面热辐射率和热传导率等。
然后，根据目标和边界条件，建立数学模型，并进行数值计算和模拟。
根据仿真结果，评估设计方案的可行性，并进行优化调整。
热设计仿真在工程设计中具有重要的作用。
它可以预测和分析工程设备和系统的热特性，从而评估设计方案的合理性和可行性。
它可以帮助优化设计方案，提高工程的性能和效率。
它可以降低设计成本和风险，避免因热问题导致的设备故障和事故发生。
热设计仿真还可以加快设计过程，节约时间和资源。
换热单元仿真设计实验报告
换热单元仿真设计实验报告引言换热是工业生产过程中常见的一种能量转移方式。
为了提高换热过程的效率，设计合适的换热单元对于优化生产工艺和节约能源具有重要意义。
本实验旨在通过模拟换热单元的工作状态，评估其换热性能，并对设计参数进行优化。
实验目的1. 了解换热过程的基本原理和工艺要点；2. 掌握仿真软件的使用方法；3. 通过仿真设计，优化换热单元的性能。
设备与方法设备清单1. 计算机2. 换热单元仿真软件实验步骤1. 导入换热单元的几何参数和工况条件；2. 设置换热单元的材料性质和流体参数；3. 进行仿真计算；4. 分析仿真结果，并进行优化设计。
实验结果与讨论1. 仿真模型建立通过软件导入换热单元的几何参数和工况条件，建立与实际换热单元相似的仿真模型。
根据实际需求和要求，选取合适的模型尺寸和流体进出口位置，并设置换热表面的材料和流体特性。
2. 热传导和对流换热分析根据选取的模型和参数，进行换热过程中的热传导和对流换热分析。
通过计算得到换热单元内部的温度分布和表面的传热系数，评估其换热性能。
并采用对流换热模型，分析流体在流经换热单元过程中的温度变化。
3. 优化设计基于对仿真结果的分析，对换热单元的设计参数进行优化。
例如，可以通过修改材料属性、调整流体流速或调整换热单元的几何形状来改善换热性能。
通过多次仿真和优化设计，找到最佳的参数组合，以提高换热单元的效率和性能。
4. 讨论与结论通过仿真设计，我们可以对换热单元的性能进行评估和优化，并提供了一种快速、有效的方法。
在实际应用中，我们可以根据仿真结果指导换热设备的设计和改进，以满足生产工艺的要求。
此外，在能源节约和环境保护方面也具有重要意义。
结束语本次实验通过换热单元仿真设计，帮助我们深入理解换热过程及其工艺要点，掌握了仿真软件的使用方法，并提供了优化设计的思路。
在实际应用中，我们可以根据仿真结果进行合理的设计和改进，以提高换热设备的效率和经济性。
通过这样的实验研究，我们可以更好地应对工业生产中的换热问题，为提高生产工艺的效率和节约能源做出贡献。
第五讲 热过程单元的仿真设计(一)
HeatX——换热器详情（2）
HeatX —— 分区
分区表单给出了换热器内根据冷、热 流体相态对传热面积分区计算的情况，包 括各区域的热流体温度、冷流体温度、对 数平均温差、传热系数、热负荷和传热面 积信息。我们可根据此信息分析换热方案 是否合理以及改进设计方案的方向。
HeatX — 热物流出口温差
HeatX — 换热器设定 (2)
共 有 13 个 选 项
6. 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 7. 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase) 8. 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 9. 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) 10. 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
HeatX—模型设定（2）
HeatX—计算类型
计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件) 的输入文件供其精确计算。 下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation 两组选项按下述方式配合使用：
温度20℃、压力0.41 MPa、
流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中
加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气
进入生蒸汽总管。求所需的锅炉
供热量。
Heater — 应用示例 (2)
热设计和仿真_经验总结
热设计和仿真_经验总结一、充分了解工作需求：在进行热设计和仿真之前，首先要充分了解产品的工作需求和设计要求。
明确产品的热传导方式、工作环境和散热要求等因素，有助于更准确地进行后续的热设计和仿真工作。
二、合理选择仿真软件：市面上有许多热仿真软件，选择合适的软件对于工作的顺利进行至关重要。
在选择软件时，要考虑到软件的仿真精度、计算速度、操作界面等因素，以及软件是否能满足产品的热设计需求。
三、准确建立模型：建立准确的模型是进行热仿真的基础。
在建立模型时，要充分考虑产品的实际几何特征和材料属性，并合理选择边界条件。
模型的准确性对于仿真结果的准确性起着重要的影响，因此在建模过程中要仔细检查每一个细节，确保模型的准确性。
四、选择适当的网格划分：网格划分是进行热仿真的关键步骤之一、合理的网格划分可以提高计算的精度和计算速度。
在进行网格划分时，要根据模型的复杂程度和实际计算需求选择适当的网格划分方法和网格密度。
五、合理设置边界条件：边界条件的设置直接影响着仿真结果的准确性。
在设置边界条件时，要考虑到产品的实际工作环境和热传导方式，合理设置边界温度、热通量和热辐射等参数，确保仿真结果的准确性和可靠性。
六、对仿真结果进行验证与分析：在进行热仿真后，需要对仿真结果进行验证和分析。
验证仿真结果的准确性可以通过与实际测试结果的比较来实现。
分析仿真结果可以从温度分布、热流分布和热传导路径等方面进行，发现潜在的热设计问题并提出改进措施。
七、持续学习和经验积累：热设计和仿真是一个不断学习的过程，随着技术的不断更新和产品的不断发展，需要不断学习新的仿真方法和技术。
同时，通过实际工程项目的积累，逐渐积累丰富的经验和解决问题的能力。
总之，热设计和仿真是一项专业且复杂的工作，需要综合运用多学科知识和技术。
通过对工作需求的充分了解、准确建立模型、合理选择软件和网格划分方法，以及对仿真结果的验证和分析，可以提高热设计和仿真工作的效率和准确性。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真工程设计中的热设计仿真，是指利用计算机软件模拟和预测工程设计中的热传导、热辐射、热对流等热传递过程，以便全面、准确地评估设计方案的热性能。
热设计仿真在工程设计领域广泛应用，并且是提高设计效率、降低成本的重要手段之一。
本文将从热设计仿真的基本原理和流程、在工程设计中的应用以及发展趋势等方面进行浅析。
一、热设计仿真的基本原理和流程热设计仿真的基本原理是建立物体的热学模型，通过数学方程和计算方法进行模拟计算，得出物体在不同热载荷下的温度分布、热流分布等热特性参数。
在进行热设计仿真的过程中，首先需要建立物体的几何模型，导入材料参数、边界条件等相关参数，然后进行网格剖分，将物体划分为有限的小单元，建立数学方程组，最后进行数值计算，得到物体的热分布结果。
热设计仿真的流程可以简单概括为几何建模、边界条件设定、网格剖分、数学建模、数值计算和结果分析等步骤。
二、热设计仿真在工程设计中的应用热设计仿真在工程设计中的应用十分广泛，涉及领域包括航空航天、汽车工业、电子产品、建筑设备等各个行业。
在航空航天领域，热设计仿真可以用于飞行器的热控设计，在不同飞行环境下，预测和评估飞行器的热性能，为热控系统的设计提供依据。
在汽车工业中，热设计仿真可以用于发动机的冷却系统设计，通过模拟计算发动机工作时的热传递过程，为冷却系统的优化提供参考。
在电子产品领域，热设计仿真可以用于手机、笔记本电脑等设备的散热设计，通过模拟计算不同工作负载下设备的温度分布，为散热系统的优化提供依据。
在建筑设备领域，热设计仿真可以用于建筑物的节能设计，通过模拟计算建筑物在不同气候条件下的热特性，为建筑物的保温、通风设计提供依据。
热设计仿真在工程设计中发挥了重要作用，为设计方案的优化提供了科学依据。
三、热设计仿真的发展趋势随着科学技术的不断发展，热设计仿真技术也在不断更新和完善。
在软件工具方面，目前市面上有许多热设计仿真软件，如ANSYS、COMSOL Multiphysics等，这些软件不断更新，增加了对多物理场耦合、研究材料特性等方面的支持，使得热设计仿真的能力得到进一步提升。
供热工程仿真模型设计方案
供热工程仿真模型设计方案一、引言随着现代社会的发展，供热工程已经成为人民生活中不可或缺的一部分。
在冬季寒冷的天气中，供热能够给人们带来温暖和舒适。
然而，供热工程的设计和运行需要复杂的系统来支持，而供热系统的性能和效率对整个工程的运行影响重大。
因此，如何优化供热系统的设计和运行成为了一个重要的课题。
在这样的背景下，本文将重点介绍一种基于仿真技术的供热工程模型设计方案。
通过建立数学模型和进行仿真分析，我们可以更好地理解供热系统的运行机制，提高系统性能和效率。
本文将对该仿真模型的设计原理、步骤和案例分析进行详细说明，力求为供热工程的优化提供一种新的思路和方法。
二、仿真模型设计原理1. 能量平衡原理供热系统的基本原理是将热能从热源传递到用户处，而能量平衡原理是供热系统效率优化的重要基础。
在建立仿真模型时，我们首先要对供热系统中的各个部件进行能量平衡分析，从而理解系统的工作原理和能量流动规律。
2. 热传递理论热传递是供热系统中最主要的过程之一，其效率和性能直接影响着系统的整体运行。
在建立仿真模型时，我们需要深入研究热传递理论，从而找到最优的热传递路径和工艺参数，以提高供热系统的效率和节能水平。
3. 控制理论供热系统的运行需要多个部件之间的协调和调节，而控制理论能够为我们提供系统优化的重要方法。
在建立仿真模型时，我们需要结合控制理论的知识，设计合理的控制策略和算法，以实现系统的智能化控制和优化运行。
三、仿真模型设计步骤1. 确定仿真目标在设计仿真模型之前，我们首先需要确定仿真的目标和范围。
通常，供热系统的仿真目标包括系统效率评估、节能分析、安全性评估等多个方面，我们需要根据实际需求确定所需仿真内容和指标。
2. 建立数学模型建立数学模型是仿真分析的基础，我们需要将供热系统中的各个部件和过程进行数学描述。
通常，我们可以采用传热学、流体力学、控制理论等多个学科知识，建立系统的数学模型和方程。
3. 软件仿真在建立数学模型之后，我们需要借助仿真软件进行模型的数值求解和仿真分析。
ICEPAK手把手教你热仿真(2024)
2024/1/30
多物理场耦合仿真
结合人工智能和机器学习技术， 未来热仿真将实现智能化设计， 能够自动优化产品结构和散热方 案。
智能化热设计
随着热仿真技术的不断成熟和完 善，其应用领域将进一步拓展， 如新能源汽车、航空航天、生物 医学等。
31
感谢您的观看
THANKS
2024/1/30
32
28
回顾本次课程重点内容
2024/1/30
热仿真基本概念和原理
介绍了热仿真的定义、作用以及基本原理，包括热传导、热对流和热 辐射等。
ICEPAK软件操作入门
详细讲解了ICEPAK软件的基本操作，包括模型建立、网格划分、边 界条件设置、求解器设置等。
热仿真案例分析
通过多个案例，深入剖析了热仿真在实际工程中的应用，如电子设备 散热设计、数据中心热环境评估等。
ICEPAK手把手教你热仿真
2024/1/30
1
contents
目录
2024/1/30
• 热仿真概述 • 热仿真基础知识 • ICEPAK软件操作入门 • 建模与网格划分技巧 • 求解设置与结果分析 • 高级功能应用与拓展 • 总结与展望
2
2024/1/30
01
热仿真概述
3
热仿真定义与意义
2024/1/30
热仿真优化方法
介绍了基于热仿真的优化方法，如遗传算法、粒子群算法等，以及它 们在热设计中的应用。
29
学员心得体会分享
学员A
通过这次课程，我深入了解了热仿真的基本原理和ICEPAK软件的操作方法，对我在实
际工作中的热设计问题有很大帮助。
学员B
课程中的案例分析让我对热仿真有了更直观的认识，也为我提供了解决实际问题的思路 和方法。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真【摘要】热设计仿真是工程设计中重要的一环，通过仿真软件模拟热传导、热对流等物理过程，为工程设计提供可靠的参考。
本文首先介绍了热设计仿真的概念及方法，然后探讨了其在工程设计中的广泛应用，包括汽车、电子产品等领域。
接着分析了热设计仿真的优势，如节约时间成本、提高设计效率等。
最后通过案例分析展示了热设计仿真在实际工程中的应用效果。
结论部分强调了工程设计中热设计仿真的重要性，建议加强相关技术研究和人才培养，推动热设计仿真在工程设计中的更广泛应用，并指出了未来发展的方向。
通过本文的浅析，可以更深入理解热设计仿真在工程设计领域的价值与作用。
【关键词】热设计仿真、工程设计、研究背景、研究目的、概念、方法、应用、优势、案例分析、重要性、发展方向建议1. 引言1.1 研究背景工程设计中的热设计仿真是指利用计算机模拟技术对工程项目中的热传导、热辐射、热对流等热现象进行分析和模拟的过程。
随着工程设计领域的不断发展，对于热设计仿真的需求也越来越迫切。
热设计仿真在工程设计中发挥着重要的作用，可以帮助工程师优化设计方案，提高工程项目的效率和可靠性。
通过对热设计仿真的研究与应用，可以有效地减少工程项目的成本和时间，提高工程设计的质量。
目前对于工程设计中热设计仿真的研究还比较有限，尚未形成系统的理论体系和方法。
本文将对热设计仿真的概念、方法、应用、优势以及案例进行深入探讨，旨在为工程设计领域提供更多关于热设计仿真的研究成果和实践经验。
1.2 研究目的研究目的旨在探究工程设计中热设计仿真的重要性，深入分析其在实际应用中的作用和优势，为工程设计提供科学依据和技术支持。
通过对热设计仿真方法的研究和总结，可以帮助工程设计人员更好地理解热传导、热辐射和对流等热学原理，从而提高设计方案的准确性和效率。
通过研究热设计仿真在不同工程领域的具体应用案例，可以为工程设计人员提供实际参考和借鉴，促进工程设计的创新和发展。
本研究还旨在对工程设计中热设计仿真的发展方向进行探讨和建议，为未来工程设计提供更加可靠和智能的仿真工具和方法，推动工程技术的进步和提高。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真
热设计仿真是工程设计中一个非常重要的部分，它可以帮助工程师预测组件或设备的
温度分布，预测热流量，检测潜在的热问题，并找到解决这些问题的最佳方法。
这篇文章
将简单介绍热设计仿真的相关内容。
首先，热设计仿真的主要目的是确定工程设计中的热管理系统是否足够，以满足所需
的热处理需求。
这将包括确定热源和热传输途径，以及建立热沉设计方案。
在这个过程中，热设计仿真可以利用计算机建立数学模型，通过这些模型对设计方案进行预测和评估，以
实现优化的热管理系统设计。
其次，热设计仿真必须考虑多种因素。
首先，需要考虑的因素包括材料参数，如热导率、热膨胀系数和比热容等。
这些参数会直接影响组件的热传递行为。
其次，需要考虑的
因素包括环境温度和湿度，以及热源的性质。
这些因素将决定组件或设备的实际工作条件，这能够直接影响设计方案。
最后，热设计仿真的技术流程有几个关键步骤。
首先，在仿真前应进行详细的研究，
确定需要解决的问题、关于材料和环境的相关参数，并创建准确和合适的模型。
接下来，
需要定义和分配合适的边界条件模拟物理现象。
然后，对模型进行数值求解和处理，获取
仿真结果。
仿真结果的解读和分析是十分重要的，这可能需要设计师进行后处理工作以获
得关键参数和特征。
最后，设计师应该分析仿真结果中的薄弱环节并逐步优化系统设计，
以保证系统达到预期设计需求。
浅析工程设计中的热设计仿真
浅析工程设计中的热设计仿真
工程设计中的热设计仿真是指通过数值模拟的方法，研究系统中的热传输问题，以确定系统的热力学性能和稳定性。
这种仿真可以帮助设计师预测系统的温度、流量和压力等参数，以优化系统的设计和性能。
热设计仿真通常是在计算机上进行的。
使用计算机建立一个虚拟的数学模型，将模型中存在的物理和化学特征用数学方程来描述。
然后，使用各种仿真软件将这些方程转化为计算机程序以进行计算。
仿真软件可以在不同的平台上使用，包括 MATLAB、ANSYS、COMSOL Multiphysics、SolidWorks等。
通过热设计仿真，设计师可以快速和准确地确定系统热力学性能，并评估不同设计方案对系统的影响。
此外，如果系统设计中有任何问题，热设计仿真还可以帮助设计师找到问题的根源，从而提供解决方案。
1. 发动机设计：在发动机设计中，热设计仿真可以帮助设计师确定发动机的热量和温度分布，以及各个部件的温度和应力情况。
由于发动机在工作过程中必须承受极端高温和高压，因此热设计仿真对确保发动机的性能和可靠性至关重要。
2. 电子设备设计：现代电子设备通常需要通过散热器、风扇和其他冷却装置来控制温度并保持设备性能。
在电子设备设计中，热设计仿真可以帮助设计师确定如何最有效地利用散热器和其他冷却装置来控制设备的温度。
3. 汽车制造：在汽车制造中，热设计仿真可以帮助设计师确定引擎冷却系统的最佳设计，包括水泵、散热器和热交换器等。
此外，热设计仿真还可以帮助设计师确定制动系统的最佳散热设计，以确保系统在高温下运行时保持性能和稳定性。
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计算两股物流之间的热量交换。
HeatX 换热器模型（2）
HeatX—— 连接
HeatX 模型的连接图如下：
HeatX—模型设定
HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手，有三组设定参数： 1. 计算类型 Calculation 2. 流动方式 Flow arrangement 3. 换热器设定 Exchanger specification
求过热蒸汽温度和所需供热量。
Heater— 应用示例 (3)
流量为 1000 kg/hr 、压力为 0.11 MPa、 含乙醇70 %w、 水 30 %w的饱和蒸汽在蒸汽冷凝器 中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比 （摩尔） =1/3 。求冷凝器热负荷。
Case Study — 案例研究
案例研究 (Case Study) 是 ASPEN Plus 提供的模型分析工具(Model Analysis Tools) 之一。当需要对多个不同的工况条件的结 果进行比较时，尤其是不同工况有多个且 数目不等的参数需要改变时，案例研究工 具提供了非常方便的手段: 一次输入所有工 况的参数值，通过批处理运行方式计算出 全部结果，自动输出到结果文件中。
Case Study—参数定义（2）
Case Study— 参数赋值
然后在规定(Specification)表单中 定义不同案例中调节变量的值：
• 使用案例序号(Case number)下拉框中 的新建(new)选项增添新的案例； • 在调节变量值 (Values of manipulated variable)表的单元格中按顺序输入相应 案例里每一个调节变量的给定值。
CAPD基础 第五讲
Simulation Design of Thermal Processes
热过程单元的仿真设计
（一）
传热单元模型的分类
传热单元归属换热器类(Heat Exchangers)， 共7种模型，AspenPlus内部用的有4种，其 余3种是与其它软件的接口模块：
1. 2. 3. 4.
Case Study— 案例研究（2）
Case Study— 参数定义
首先在改变 (Vary) 表单中定义不 同案例中需要改变的变量：
• 使用变量序号 (Variable number) 下拉 框中的新建(new)选项增添新的变量； • 使用调节变量 (Manipulated variable) 栏中的一组下拉框设定每一个变量的 定义。
HeatX—计算类型（2）
HeatX—简捷计算
简捷计算只能与设计或模拟选项配合。 简捷计算不考虑换热器几何结构对传热和压 降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的 出口状态或换热负荷，模块计算达到指定换 热要求所需的换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模 块计算两股物流的出口状态。
Heater 加热器模型（2）
Heater —— 连接
Heater 模型的连接图如下：
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
从 中 任 选 两 项
1、闪蒸规定 ( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2） 压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
Heater — 模型参数（2）
Heater — 模型参数（3）
Heater模型有两组模型设定参数：
2、有效相态 ( Valid Phase )
（1）蒸汽 （2）液体 （3） 固体 （4）汽—液 （5） 汽—液—液 （6）液—游离水 （7） 汽—液—游离水
Heater — 模型参数（4）
Heater — 应用示例 (1)
温度 20℃、 压力 0.41 MPa 、
流量4000 kg/hr 的软水在锅炉中
加热成为0.39 MPa的饱和水蒸气
进入生蒸汽总管。求所需的锅炉
供热量。
Heater — 应用示例 (2)
流量为1000 kg/hr （0.4 MPa ）
的饱和水蒸汽用蒸汽过热器加热
到过热度 100 ℃（0.39 MPa），
HeatX—模型设定（2）
HeatX—计算类型
计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件) 的输入文件供其精确计算。 下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation 两组选项按下述方式配合使用：
Heater — 应用示例 (4)
流量为 100 kg/hr 、压力为 0.2 MPa、温度为20 ℃的丙酮通 过一电加热器。当加热功率分别 为 2 kW、5 kW、10 kW 和 20 kW 时，求出口物流的状态。
Heater — 物性计算
利用 Heater 模块可以很方便地计算混 合物在给定热力学状态下的各种物性数据， 如泡点、露点、饱和蒸汽压、密度、粘度、 热容、导热系数等等：只需将给定组成的 物流导入 Heater 模块，根据给定的热力学 状态设定 Heater 的模型参数，并在总 Setup 的Report Options中设定相应的输出参数选 项即可。
Case Study— 参数赋值（2）
Case Study— 批处理运行
完成案例定义后，从窗口的级联 式菜单中选择“运行→批处理→提交” 命令 Run→Batch→Submit 并 在弹出的 对 话 框 中 设 定 运 行 代 号 (RunID) ，运行结果输出文件将采用 运行代号作为文件名。
Case Study—批处理运行（2）
HeatX — 冷物流出口温差
HeatX — 换热器设定(3)
共 有 13 个 选 项
11. 传热面积 (Heat transfer area) 12. 热负荷 (Exchanger duty) 13. 几何条件 (Geometry) 在详细计算时采用。
HeatX — LMTD校正
由于换热器内的流动并非理想的并流或逆流，因 此有效传热推动力需在对数平均温差 (LMTD) 的基础 上进行校正。校正因子的计算方法有四个选项： 1、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。 2、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。 3、用户子程序 User-subr 4、计算值 Calculated 流动方向为多管程流动时采用。
(2)
HeatX— 流动方向
1、逆流 Countercurrent
2、并流 Cocurrent
HeatX — 换热器设定
共 有 13 个 选 项
1. 热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature) 2. 热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease) 3. 热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach) 4. 热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling) 5. 热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)
HeatX——结果查看
HeatX 最 重 要 的 是 热 参 数 结 果 (Thermal results)，其下包括五张表单： • 概况 Summary • 衡算 Balance • 换热器详情 Exchanger details • 压降/速度 Pre drop/velocities • 分区 Zones
总传热系数方法 ( U methods )
• 常数 (Constant)
• 相态法 (Phase specific values)
分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数
• 幂函数 (Power law expression)
U=Uref (Flow/Flowref)^exponent
HeatX—— U - 相态法
HeatX — 热物流出口温差
HeatX — 换热器设定 (2)
共 有 13 个 选 项
6. 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 7. 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase) 8. 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 9. 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) 10. 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
HeatX — LMTD校正（2）
HeatX—— 简捷计算
压降 ( Pressure Drop )
分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
指定值 > 0，代表出口的绝对压力值
指定值 ≤ 0，代表出口相对于进口的压力降低值
HeatX—— 简捷计算（2）
HeatX—— 简捷计算（3）
HeatX——换热器详情（2）
HeatX —— 分区
分区表单给出了换热器内根据冷、热 流体相态对传热面积分区计算的情况，包 括各区域的热流体温度、冷流体温度、对 数平均温差、传热系数、热负荷和传热面 积信息。我们可根据此信息分析换热方案 是否合理以及改进设计方案的方向。
加热器 Heater 换热器 HeatX 多物流换热器 MHeatX 热通量换热器 HXFlux