管壳式换热器计算机辅助设计与优化研究

摘要

管壳式换热器广泛应用于各个领域的工业设备，具有选材范围广、清洗方便、适应性强等特点，在国民经济中具有非常重要的作用。随着人们节能意识和要求的不断提高，作为能量交换设备的换热器，其研制和开发也备受重视。换热器计算机辅助设计技术是CAD在换热设备领域的具体应用，换热器的计算机辅助设计、优化、加工制造也是换热设备行业的发展趋势。
　　 本工作致力于管壳式换热器CAD技术的开发研究，采用面向对象技术结合参数化设计方法，对换热器的设计过程、计算方法和优化设计方法进行分析研究，把换热器的设计与计算机辅助设计相结合，提出了适用于管壳式换热器设计的系统模型。建立并完善了设备材料数据库和标准零部件尺寸数据库，并在此基础上，以VisualBasic语言为开发工具，对SolidWorks进行二次开发，最终得到一个完整的换热器辅助造型系统。
　　 本文首先根据换热器的设计计算流程，利用程序汇编语言编写了换热器的辅助计算设计程序，并编写了具有人性化的工作界面。用户只需按照自己的设计要求，选取合适的设计工况参数及初始结构参数，便可以通过计算机进行设计计算，并能根据设计结果给出零部件三维模型，直观的表达出换热器的外形，并且自动生成二维工程图，准确的应用在工业加工中。
　　 本文还研究了基于火积耗散理论和遗传算法的换热器优化设计，可以依据火积耗散最小给出换热器的优化热力参数、阻力值和结构参数，并能生成优化后的三维结构图和工程图。本软件可以应用于弓形折流板换热器、连续螺旋折流板换热器和搭接螺旋折流板换热器的热力计算，阻力计算和结构计算。
　　 本文所研究的管壳式换热器CAD系统实现了换热器研究开发与工艺设计、零部件设计、优化设计与工程图绘制的一体化与集成化。该系统不仅能够节能降耗、提高设计质量与效率、减少设备投资费用，而且能缩短开发周期、优化换热器设计、减少人力物力。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 管壳式换热器的研究背景

1．2 管壳式换热器设计方法介绍

1．3 管壳式换热器计算机辅助设计的发展

1．4 管壳式换热器优化设计方法

1．5 本文研究的主要内容

第二章 管壳式换热器设计原理

2．1 引言

2．2 MATLAB技术

2．2．1 MATLAB简介

2．2．2 Matlab与visual Basic混合编程

2．3 参数化设计

2．4 CAD技术

2．4．1 CAD技术的概况

2．4．2 CAD技术的优势

2．4．3 CAD技术在换热器设计中的应用

2．5 小结

第三章 管壳式换热器的设计计算

3．1 引言

3．2 数据库Database

3．2．1 Visual Basic数据库访问

3．2．2 数据库的建立

3．3 热力计算

3．3．1 热力计算流程图

3．3．2 介质物性参数求取

3．3．3 平均温差的处理

3．3．4 换热系数的计算

3．3．5 图表曲线的处理

3．4 结构计算

3．4．1 管板布管的原则

3．4．2 管板布管方法

3．5 阻力计算

3．5．1 管程流动阻力

3．5．2 壳程流动阻力

3．6 小结

第四章 管壳式换热器三维结构设计

4．1 引言

4．2 SolidWorks

4．2．1 SolidWorks简介

4．2．2 SolidWorks功能描述

4．2．3 SolidWorks二次开发技术

4．3 管壳式换热器零部件三维结构绘制

4．3．1 折流板

4．3．2 法兰

4．3．3 封头

4．3．4 管板

4．4 设计软件

4．4．1 程序结构

4．4．2 软件使用

4．4．3 计算说明书

4．4．4 三维结构

4．4．5 二维工程图

4．5 小结

第五章 管壳式换热器的优化设计

5．1 引言

5．2 火积耗散理论及火积耗散数

5．3 优化设计流程

5．3．1 设计变量

5．3．2 约束条件

5．3．3 遗传算法

5．4 优化实例

5．5 小结

第六章 全文总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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