管壳式换热器设计计算用matlab源代码

合集下载

基于matlab的u形管式换热器优化设计

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℃。

采用MATLAB语言编程对U形管式换热器管板厚度进行优化设计

［盯］：一设计温度下管板材料的许用应力，当
管程压力ｐｔ＝１．０～６．０ＭＰａ，步长为０．５ＭＰａ，
１６ｍｍ≤８＜３６ｒａｍ时，［盯］：＝１５７ＭＰａ，当３６ｒａｍ≤６＜６０ｍｍ时，［矿］，ｔ＝１５０ＭＰａ，当６０ｍｍ≤盯≤１００ｒａｍ时，［ｏｒ］ｔ，＝１４７ＭＰａ。１．２优化计算
温度ｔ＝１００℃。通过编制Ｍａｔｌａｂ程序就可迅速得到上述设计
４．０
４．５
８４
９０
７７
８４
６９
７７
６０
６９
５０
６１
３５
３５
５０
５０
３５
３５
６２
５１
３６
¨一卯虬辨卵加甜∞拍
７２
６２
５１
３６
８０
７２
６２
５１
３６
８８
８０
７２
６２
５ｌ
爻一Ｋ
９５一坨７
良一“ＫＯ一皓Ｂ
９１
９７
８４
９ｌ
７８
８６
７０
７８
６１
７０
５１
６２
３６
５ｌ
３６
３６
对公称直径为８００ｒａｍ的固定管板式换热器，程压力；第二组组为固定壳程压力，改变管程压力）
间，承受管程和壳程之间的压力差。特别是在大直径和高压力的场合下，管板的材料供应、加工工艺、
生产周期往往成为整台设备生产的决定因素。因此正确合理地确定管板的厚度对保证换热器的安全运转、节约材料、降低成本起着重要的作用。本文采用面向对象程序设计语言Ｍａｔｌａｂ对ｕ形管式换热器进行了优化设计，不仅大大地缩短了设计周期，而且可以保证设计的可靠性和合理性。

基于MATLAB的管壳式换热器换热特性仿真

基于ＭＡＴＬＡＢ的管壳式换热器换热特性仿真
侯艳峰，刘康，张娜
（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定０７１００３）
摘
要：以电站中常见的管壳式换热器为研究对象，并对其进行了数学建模。利用ＭＡＴＬＡＢ软件中提供的
式（１）中，水侧瑞利数：
ＴＯＲａ一 — ｇ — ＯＰｒｌ（
— — — — — －
ｌ３Ｔｓ）
— — — 一
—
—ｉ
—
—
水侧普朗特数：
Ｖ
一
＿
（２）热交换在热流体、壁面以及冷流体的平均
（３）
Ｌ
温度之间进行。（３）传递函数的推导以管壳式换热器为分析对
ｍｏｄｅｌｉｎｇｉｓｓｅｔｕｐ．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅＳＩＭＵＬＩＮＫｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔ，ｗｅｇｅｔｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｏｕｔｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｏｔａｎｄｃｏｌｄｌｏｇｉｓｔｉｃｗｈｅｎｔｈｅｃｏｌｄ

管壳式换热器热力计算软件开发

这一缺点，并能够提高热力计算的准确性，另外
软件具有友好的界面，用户可以选择合适的换热
№，１６ｅＰｄｔ）（）＝．Ｒ）ｒ／）／６８￣（（
式中：ｒ，胁，ｒ分别为努赛尔，雷诺和普，尸，朗特准则数；ｎ为常数，流体被加热时取０４．，被冷却时取０３，分别为管的内径和管的长．；ｄＺ度，ｍ；ｕ，ｕ分别为流体的平均动力粘度和管，壁处的动力粘度，ｋ／（・）ｇｍｓ。 ②壳侧对流传热系数的计算般情况下在壳侧加折流板来强化壳侧的对
钢铁厂的加热炉是大型的耗能设备，其出炉膛烟气温度一般为９０Ｃ左右，经加热炉尾部空０￣气换热器换热后的烟气温度仍然有４０～５０ｅ。５０￣然后排人大气 … ，很大一部分热量没有得到回收利用，造成了能源的浪费。随着国家节能减排
平台，可以实现管壳式换热器的热力设计计算和热力校核计算。通过该软件可以对换热器进
行优化设计。关键词加热炉管壳式换热器热力计算
Ｄｅｅｏｍｅｆｔｒｏｎｍｉａｃｌｔｏｓｆｗａｅｖｌｐｎｔｏｈｅｍｄｙａｃｃｌｕａｉｎｏｔｒｆｒｓｅｌａｄｔｂｅｈａｘｈａｇｒｏｈｌｎｕｅｔｅｃｎｅ
ＷａｇＫｎＹｉｇＺａＹｏｎｕｕＯｎｔ￣ｈｏａ（ｏｔｅｓｍｎｖｒｔ）ＮｒａｔＵｉｓｙｈｅｅｉ
ＡｂｔａｔＴｅｔｅｍｏｙａｃｃｌｕａｉｎｓｆａｅｆｒｓｅｌａｄｔｂｅｔｅｃａｇｒｕｅｏｈｓｒｃｈｈｒｄｎｍｉａｃｌｔｏｔｒｏｈｌｎｕｅｈａｘｈｎｅｓｄｆｒｔｅｏｗｗｓｅｈａｅｏｅｙＷａｎｒｄｃｄａｔｅｔｃｖｒｓｉｔｕｅ．Ｔｅｓｆｒａｅｅｏｅｓｎ．ａｇａｅＴｅｄｓｇｒｏｈｏｔｅＷｄｖｌｐｄｕｉｇＶＢ６０ｌｎｕｇ．ｈｅｉｎｗａｓｃｃｌｔｎｎｅｃｅｋｃｃｌｔｎｏｌｅｆｉｅｙｔｅｓｆｒ．Ｔｅｓｆｒｏｌｒｖｄｌａｕａｏｓａｄｔｈｃａｕａｉｓｃｕｄｂｎｓｄｂｏｔｅｈｔｅｃｕｄｐｏｉｅｉｈｌｏｉｈｈｗａｏｗａｆｕｄｔｎｆｒｌｔｒｏｔｚｎｅｉｎ．ｏｎａｉｓｏａｅｐｍｉｉｇｄｓｇｏｉＫｅｗｏｄｈａｉｇｆｒａｅｓｅｌａｄｔｂｅｔｅｃａｇｒｔｅｍｏｙａｃｃｃｌｔｎｙｒｓｅｔｎｃｈｌｎｕｅｈａｘｈｎｅｈｒｄｎｍｉａｕａｉｎｕｌｏ

热管式换热器设计计算程序源代码

Pr2=insertcal(t2p[flag],t2p[j],Pr2p[flag],Pr2p[j],t2);
density2=insertcal(t2p[flag],t2p[j],density2p[flag],density2p[j],t2);
Re2=u2*d0/miu2;h2=0.137*(limuda2/d0)*pow(Re2,0.6338)*pow(Pr2,1/3);
NFV=ST*SL-pi*d0*d0/4-pi*(df*df-d0*d0)*detf*nf/4;
D1=4*NFV/(B*d0*l1*beita);D2=4*NFV/(B*d0*l2*beita);
2.59,2.67,2.76,2.83,2.9,2.96,3.05,3.13,3.21,3.34,3.49,3.64,3.78,
3.93,4.27,4.6,4.91,5.21,5.74,6.22,6.71,7.18,7.63,8.07,8.5,9.15};
float Pr1p[13]={0.72,0.69,0.67,0.65,0.64,0.63,0.61,0.60,0.59,0.58,0.57,0.56},
1.247,1.205,1.165,1.128,1.093,1.000,0.972,0.946,0.898,0.854,0.815,0.779,
0.746,0.674,0.615,0.566,0.524,0.456,0.404,0.362,0.329,0.301,0.277,0.257,
float di=0.020,detTm,q,m,N,NFV,SL=0.090,D1,D2,detP1,detP2,density1,density2,Nreal;
printf("请输入标准状态下烟气流量(m3/h)\n");

基于MATLAB的管壳式换热器优化设计

基于MATLAB的管壳式换热器优化设计王雷;蒋宁【摘要】基于MATLAB 7.6开发了管壳式换热器,充分利用压降优化设计软件.通过改变换热器结构,充分利用管壳程压降,提高传热系数,减少换热面积.通过案例分析表明,充分利用压降后,换热器的传热系数提高了21％,换热面积减小了20％,大大减少了换热器的投资费用.%Making best use of pressure drop, the paper developed an optimizing design software for shell and tube heat exchanger based on MATLAB 7. 6. By varying the structures of heat exchanger, fully using of pressure drop between shell and tube gap can improve heat transfer coefficient and reduce heat exchange area. By analysis of the designed case, the results prove that the heat transfer coefficient increases by 21% and the heat exchange area reduces by 20% , thus the cost of heat-exchanger can be decreased greatly. [Ch,4 fig. 2 tab.10 ref. ]【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2012(030)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】传热学;管壳式换热器;MATLAB软件;压降;传热系数;换热面积【作者】王雷;蒋宁【作者单位】浙江工业大学化工过程机械研究所,浙江杭州310014;浙江工业大学化工过程机械研究所,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TK172;TQ051.50 引言管壳式换热器是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器，其适用的操作温度与操作压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，人们已在其设计和加工制造方面积累了许多经验。

设计任务matlab应用

2 设计部分2.1 设计任务书某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下：表2.1设计条件数据物料流量组成（含乙醇量）进口温度出口温度操作压kg/h mol% ℃℃ MPa釜液 109779 3.3 145 0.9原料液 102680 7 95 128 0.53 试设计选择适宜的管壳式换热器。

2.2管壳式换热器的选用和设计计算步骤[2]1．试算并初选设备规格(1) 确定流体在换热器中的流动途径。

(2) 根据传热任务计算热负荷Q。

(3) 确定流体在换热器两端的温度，选择列管式换热器的型式；计算定性温度，并确定在定性温度下流体的性质。

(4) 计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数。

(5) 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K选值。

，初步算出传热面积S，并确定换热器的基(6) 由总传热速率方程 Q＝KSΔtm本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等)，或按系列标准选择设备规格。

2．计算管、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压强降。

检查计算结果是否合理或满足工艺要求。

若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。

3．核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数r1 和r2，若r1<K,则改变管程数重新计算，若改变管程数不能满足，则应重新估计K值。

确定污垢热阻Rdi和Rd0，再计算总传热系数K0，再由基本传热方程计算所需传热面积A0，应使所选用换热器的传热面积留有15%-25%的裕度，则初选的设备合适。

否则需另估计一个K值，重复以上计算步骤。

2.3 传热量及釜液出口温度A. 传热量Q以原料液为基准亦计入5%的热损失，按以下步骤求得传热量Q。

由程序算得原料液平均温度t m= 111.5 ℃分别查得乙醇、水的物性为：表2.2粘度μ热导率λ密度ρ比热容Cp（cp）（W/(m·℃)）（kg/m3）（kJ/kg℃）乙醇 0.29 0.149 700 3.182水 0.26 0.685 949.4 4.237混合物 0.262 0.539 879.9 4.067 以上表中混合物的各物性分别由下式求得[2]：混合物：cp混合物热导率：W/(m·℃)混合物密度：kg/m3混合物比热容：kJ/(kg℃)式中为组成为i的摩尔分率，为组分i的质量分率。

管壳式换热器的设计及计算

第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。

进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。

换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。

在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。

由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。

在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。

70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。

这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。

所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。

同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。

当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。

当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。

各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。

在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。

总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。

管壳式换热器的设计及计算

总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化பைடு நூலகம்热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。
所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体，前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热[2]。最近还兴起一种EHD技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注[3]。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的湍流增进器或插入物。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
第一章
在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。

管壳式换热器工艺设计

管壳式换热器工艺设计摘要：管壳式换热器是广泛应用于各个领域的工业设备,在国民经济中具有非常重要的作用,管壳式换热器的效率问题是设计工作的核心。

本文利用优化设计原理,建立了以管壳式换热器优化设计模型。

分析了影响年总费用的因素,编制了管壳式换热器优化设计计算机程序。

最后给出了一个计算实例说明优化设计程序的使用。

关键词：换热器;管壳式换热器;优化;优化设计热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。

换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99%。

间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。

近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。

对于完成某一任务的换热器,往往有多个选择,如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题,即采用优化方法使设计的换热器满足最优的目标函数和约束条件。

在换热器设计中,最优目标函数是指包括设备费用和操作费用在内的总费用最小。

本文主要针对管壳式水冷却器冷却水出口温度的优化问题,利用一般优化设计的原理和方法,以操作费用最小为优化目标,给出相应的目标函数,并用MATLAB语言编写了计算程序,最后给出了一个计算实例。

1目标函数对于以水为冷却介质的管壳式冷却器,进口水温一定时,由传热学的基本原理分析可知,冷却水的出口费用将影响传热温差,从而影响换热器的传热面积和投资费用。

若冷却水出口温度较低,所需的传热面积可以较小,即换热器的投资费用减少;但此时的冷却水的用量则较大,所需的操作费用增加,所以存在使设备费用和操作费用之和为最小的最优冷却水出口温度。

管壳式换热器热力计算软件开发

管壳式换热器热力计算软件开发首先，对于管壳式换热器的热力计算，我们需要考虑的主要参数有：进出口工质的温度、流量以及热传导系数、管壳侧的传热系数、壳程侧的流体压降等。

因此，软件的第一项功能应该是输入这些参数的接口。

软件应该提供一个用户友好的界面，可以让用户输入进口工质的温度和流量，以及壳程侧和管程侧的传热系数和压降等数据。

用户可以通过鼠标点击或者键盘输入的方式进行操作，界面应该简洁明了，便于用户理解和操作。

接下来，软件需要对用户输入的数据进行校验和计算。

首先，软件需要对用户输入的数据进行合法性检查，例如温度和流量是否符合物理规律，传热系数和压降是否在合理范围内等。

同时，软件还需要进行单位的转换，以确保输入的数据符合计算要求。

在完成数据校验后，软件应该通过相应的计算公式对管壳式换热器进行热力计算。

根据输入的参数，软件可以计算出热量的传递、流体压降以及换热器的效率等相关信息。

这些计算结果应该以数值和图形的方式呈现给用户，以便用户轻松地理解和分析。

此外，软件还应该具备一些辅助功能，以提升用户的使用体验。

例如，软件可以提供一些换热器的设计和选型建议，根据用户输入的数据，软件可以自动匹配合适的换热器型号，并给出相应的建议。

此外，软件还可以包含换热器的性能库，以供用户参考和比较。

最后，为了保证软件的可靠性和安全性，软件应该具备数据备份、数据加密和用户身份验证等功能。

数据备份可以防止数据丢失，数据加密可以保护用户的隐私，而用户身份验证可以防止非法访问和使用。

总结起来，我计划开发的管壳式换热器热力计算软件应该具备输入参数接口、数据校验、计算功能、结果呈现、辅助功能和安全功能等特点。

通过这款软件，用户可以方便地进行管壳式换热器的热力计算和选型，提高工作效率和精度。

管壳式换热器设计及软件开发

管壳式换热器设计及软件开发前言：工业作为我国国民经济主导产业之一，有效推动了我国经济的发展。

换热器作为工业生产中应用最为广泛的设备，在能源、化工工业生产中发挥着重要作用，随着能源紧张问题日益加据，如何有效提升能源利用及转换率，尤其是在工业生产中加强传热效能，已成为当下工业生产领域中亟待解决的问题，因此有必要对管壳式换热器设计及软件开发加以研究，为提升换热器传热效能的发展提供有力的支持。

一、管壳式热换器概述管壳式热换器作为管式热换器的一种，主要由一系列管束与壳体圆筒组成，管侧流体与壳侧流体在传热过程中主要通过管束壁面来实现，采用的管束形式有很多种，例如螺纹管、光管、波节管等形式，与此同时，也可以通过采用管内插入物等手段方法使得加热效果实现进一步的强化，有效降低成本的同时，还能够有效提升产热系数及传热均匀的效果。

对于管壳式热换器来说，可以承受高温高压，一般介质压力高于 30bar，可承受温度在260℃以上温度。

因此在极端条件下也可以进行应用。

二、管壳式换热器设计原理分析（一）分段设计在具体进行管壳式换热器设计过程中，对于传统的管壳式设计方法来说，很多设计问题都没有得到切实有效的解决，例如如何消除各设计目标之间具有的矛盾性，使得目标函数最优点集的隶属函数更加容易构造，减少流体物性等不确定因素变化等。

文章在设计原理方面采用的是分段设计方法，根据管壳式换热器特点，依照管壳程流动形式与几何结构将换热器分为连续换热单元，单元数量有限，并为了有效降低流体物性随温度变化带来的影响，针对流体物性取每个连续换热单元的平均温度，作为对应的物性参数。

因此假如管程数为 n，壳程数为，折流板数为，由此可以得出总的换热单元数为个。

然后通过计算求出每个单元流体的进出口的温度，从而就可以得到各单元压降与热传系数，最后完成总热换器压降与热传系数计算。

由此可见，采用分段设计方法的关键步骤就是要把握每个热换单元的温度分布。

（二）温度分布在热换单元温度分布的计算方法选择上，可以采用有限差分法进行计算，该方法计算复杂度低，并且得出的计算结果精度也非常高。

基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究

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 temperaturecontrolHeat 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目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 选题的背景及意义 (1)1.3换热器的温度控制概述 (2)1.3.1 换热器简介 (2)1.3.2换热器运行控制的现状 (4)1.4课题的主要任务及意义 (5)第二章换热系统的数学模型 (6)2.1 换热器过程控制系统分析 (6)2.2 信号的检测及参数关系 (7)2.2.1 流量信号的检测 (7)2.2.2 温度信号的检测 (8)2.2.3 执行机构的输入输出关系 (8)2.3 换热器特性分析 (9)2.3.1换热器的静态特性分析 (9)2.3.2换热器的动态特性 (13)2.4离心泵控制模型 (16)2.4.1 系统组成概述 (16)2.4.2离心泵的动态特性 (17)第三章换热器温度控制系统分析及方案设计 (19)3.1 换热器温度控制系统分析 (19)3.2 控制模型的选择 (22)3.2.1 副回路控制模型的选择 (22)3.2.2主回路控制模型的选择 (23)第四章换热器控制系统控制算法 (24)4.1 模糊控制理论 (24)4.1.1 模糊控制概述 (24)4.1.2 模糊控制的原理 (25)4.2基本模糊控制器的设计 (26)4.2.1 模糊化过程 (27)4.2.2 模糊化方法 (28)4.2.3 建立模糊控制器的控制规则 (30)4.2.4 模糊推理与模糊判决 (31)4.3 模糊PID控制算法实现 (32)4.3.1 PID控制原理及模糊PID控制原理图 (32)4.3.2模糊参数自整定原则 (34)4.3.3 各变量隶属度函数的确定 (34)4.3.4建立模糊规则表 (35)4.3.5 模糊PID控制器的MATLAB实现 (37)4.4 Smith—Fuzzy串级控制算法的实现 (41)4.4.1 Smith预估补偿的原理 (41)4.4.2 Smith预估补偿的实现 (43)4.4.3换热器出口温度Smith—Fuzzy控制实现 (43)第五章换热器温度控制系统仿真及结果分析 (46)5.1仿真软件简介 (46)5.2基于换热器出口水温控制系统的仿真 (48)5.3换热器温度控制系统仿真分析 (52)第六章结束语 (54)参考文献 (55)致谢 (57)第一章绪论1.1 引言换热器是一种用来进行热量交换的工艺设备，在工业生产中应用极为广泛。

管壳式换热器设计计算软件

管壳式换热器设计计算软件管壳式换热器是一种常见的热交换器，用于在工业过程中实现热量传递。

设计一个管壳式换热器需要进行一系列的计算，以确保换热器能够满足工艺要求，并具有合适的换热效果。

为了简化这个过程，可以使用管壳式换热器设计计算软件。

下面将详细介绍这个软件的功能和计算步骤。

1.换热器类型选择：软件可以提供不同类型的管壳式换热器供用户选择，如固定管板式、浮动管板式、U型管式等。

用户可以根据具体的工艺要求选择适合的类型。

2.热工参数计算：软件可以根据用户提供的热工参数，如流体的温度、流量等数据，自动计算换热器的热传导率和传热系数。

这些参数是换热器设计和性能评估的基础。

3.结构设计：软件可以根据用户提供的设计参数，如管束长度、管板间距、管壳接头方式等，自动生成换热器的结构设计。

这些参数直接影响换热器的尺寸和重量。

4.管束优化：软件可以通过计算不同管束类型的传热性能指标，如换热面积、热损失等，为用户提供管束设计的优化方案。

用户可以根据具体的工艺要求选择最合适的管束类型。

5.材料选择：软件可以提供不同材料的换热器管束和壳体选项，并计算其耐压性能和传热性能。

用户可以根据具体的工艺要求选择最合适的材料。

以上功能只是管壳式换热器设计计算软件的一部分，不同的软件可能还具备其他附加功能，如换热器的模拟和仿真功能，用户可以在软件中进行各种操作和实验，以评估换热器不同工况下的性能。

下面将以一个具体的设计计算为例，介绍常见的管壳式换热器设计步骤：1.确定工艺要求：首先，需要明确工艺要求，包括流体的温度、流量、压力等参数。

这些参数将直接影响换热器的设计和性能。

2.确定传热参数：根据流体的温度和热传导性质，可以计算出换热器的热传导率和传热系数。

这些参数是换热器设计和性能评估的基础。

3.计算换热面积：根据传热参数和工艺要求，可以计算出所需的换热面积。

通常，换热面积与流体的温度差和流量成正比。

4.确定结构参数：根据所需的换热面积和设计要求，可以确定换热器的结构参数，如管束长度、管板间距、管壳接头方式等。

基于matlab的换热器输入输出参数计算

下方程组：Ｑ＝Ｑ＝Ｑ：
Ｑ＝ＫＡｔＱｌ＝Ｍ１（ｉｌ—ｉ ” １）＝Ｍｌｃ１（ｔ２一ｔ ” ２）Ｑ２＝Ｍ２（２一ｉ ” ）＝ｃ（ｆ一ｔ ” ）（８）
：
否
图２二分法求解超越方程流程图
其中，Ｋ＝ＪｋｄＦ对于已知传热器，在相对稳
Ｊ
０
定的工况下，Ｋ是个定值，可以通过设计值获得。
泛。本文就表面式换热器传热原理进行分析。
在两种介质均不发生相变的情况下，两种介
质之间的平均温差 △ ｆ可表示为以下形式：
表１某电厂参数
传热容／（Ｋｗ／ ℃）给水比热／（Ｍ／ｋｇ￣）
烟气比热／（ｋＪ／ｋｇ ℃）进口水温／ ℃ 给水流量／（ｈ）
，
△ 且ｘ
凡一
△ｆｆＩｌｉ
０引言
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上
流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条
图１换热器不意图
△ ￡ — —微元传热面处两种介质温差。
换热器换热过程同时存在热平衡方程式：
Ｑ＝Ｑ：＋Ｑ
式中Ｑ１ —— 高温介质放热量；
Ｑ： ——低温介质吸热量；

管壳式换热器设计及软件开发

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｆｏｅ￣ｏｆＭｉｎｉｓｔｙｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＤｅｓｉｇｎＳｏｆｔｗａｒｅｆｏｒＳｈｅｌｌａｎｄＴｕｂｅＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒ
ＸＵＧｕａｎｇ－ｄｉ，ＺＨＯＵＧｕｏ — ｙａｎ，ＺＨＵＤｏｎｇ — ｓｈｅｎｇ，ＺＥＮＧＬｉ — ｄｉｎｇ，ＺＨＵＬｉｎｇ — ｙｕｎ，ＺＨＵＨｕｉ，ＧＵＯＺｈｅｎ
３８
ＦＬＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．４，２０１３
文章编号：１００５— ０３２９（２０１３）０４— ００３８— ０５
管壳式换热器设计及软件开发
许光第，周帼彦，朱冬生，曾力丁，朱凌云，朱辉，郭震
关键词：管壳式换热器；温度分布；分段设计；软件

翅片管换热器 matlab代码

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。

管壳式换热器设计计算用matlab源代码

%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>=2000a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de;elsea0=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);%AAj=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=0:5000err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10);berr=err/(1/sqrt(num));if berr<0.01break;elsenum=num+num*0.01;i=0;endendft=1.5;dpt=(num*dl/(d0-2*dd0)+3)*ft*dn*p2*ui^2/2;%计算管壳压降f0=5*re0^(-0.228);F=0.5;fs=1.15;nb=dl/B-1;dps=(F*f0*ntc*(nb+1)+nb*(3.5-2*B/dd))*fs*p1*u0^2/2;disp('dpt=');disp(dpt/10^6);disp('dps=');disp(dps/10^6);disp('u0=')disp(u0);disp('ui=')disp(ui);function [numda,berr]=NumdaJS(num0,re,ed)%num0为初设摩擦系数值，re为雷诺数，ed为相对粗糙度numda=num0;berr=100;%相对误差，初始为100while (berr>0.001)%当相对误差小于0.1%停止计算numda=numda+0.000001;%修改摩擦系数值err=1/sqrt(numda)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(re*sqrt(numda)))/log(10);%计算误差berr=err/(1/sqrt(numda));%计算相对误差end。

板式换热器课程设计Matlab程序

%------------------------------------------------%%------------------------------------------------%%%------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：wqm1=Q/Cp1/(t11-t12) %热水的质量流量单位：kg/sTm1=((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/2As=1627/1000000 %通道截面积Fp=0.3 %单片换热面积L=2*As/b %流道宽%----------校核换热面积-------------------%%-----对于热水侧-------%W1=qm1/2/n1/As/density1 %热流体流速G1=density1*W1 %质量流速Re1=de*G1/u1 %雷诺数Nu=0.97*Re1^0.51*Pr1^0.3 %传热准则关系式h1=r1/de*0.97*Re1^0.51*Pr1^0.3 %热水侧对流换热系数%-----对于冷水侧-------%W2=qm2/2/n2/As/density2 %冷流体流速G2=density2*W2 %质量流速Re2=de*G2/u2 %雷诺数Nu=0.97*Re2^0.51*Pr2^0.4 %传热准则关系式h2=r2/de*0.97*Re2^0.51*Pr2^0.4 %冷水侧对流换热系数a1=0.000017 %查表水污垢热阻a2=0.000017 %查表水污垢热阻d=1.2/1000 %板厚r=14.4 %不绣钢材的导热系数K2=1/((1/h1)+(d/r)+a1+a2+(1/h2)) %真实传热系数F=Q/K2/Tm %所需传热面积Nt1=F/Fp+2 %由传热面积求得板片数Nt2=m1*n1+m2*n2+1 %由流程数与流道数求得板片数S=(m1*n1+m2*n2-1)*Fp %实际传热面积c=(S-A)/S %误差%---------------校核压降----------------%%-------热水侧压降校核-------%de1=4*L*b/2/(L+b) %压降时的当量直径Re3=de1*G1/u1 %雷诺数Eu1=1060*Re3^(-0.38) %压降准则关系式P1=m1*Eu1*density1*W1^2 %热流体压降%-------冷水侧压降校核-------%de2=4*L*b/2/(L+b) %压降时的当量直径Re4=de2*G2/u2 %雷诺数Eu2=1060*Re4^(-0.38) %压降准则关系式P2=m2*Eu2*density2*W2^2 %冷流体压降%注：设计要求误差在10%以内且压降小于0.05MPa即可满足要求%。