管壳式换热器设计计算用matlab源代码
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０．５ ＭＰａ，
１６ ｍｍ≤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
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３５
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３５
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６２
５１
３６
¨一卯虬辨卵加甜∞拍
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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 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 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 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）
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 ＭＡＴ Ｌ ＡＢ软件 中提供 的
式（ １ ） 中， 水 侧 瑞利 数 ：
ＴＯ Ｒ ａ 一 — ｇ — ＯＰ ｒ ｌ（
— — — — — －
ｌ ３ Ｔｓ ）
— — — 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
ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ． Ｔｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ Ｓ Ｉ Ｍ Ｕ ＬＩ ＮＫ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍ ＡＴＬＡＢ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ，ｗｅ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｌ ｄ ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｄ
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
№， １ ６ｅ Ｐ ｄｔ ） （） ＝． Ｒ） ｒ ／） ／ ６ ８ ￣ （ （
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 ０ ３ ， 分别为管 的内径和管 的长 ． ；ｄ Ｚ 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／ （ ・ ） ｇ ｍ ｓ。 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。 ５ ０￣ 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
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｆ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍ ｉ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｓ ｆｗａ ｅ ｖ ｌ ｐ ｎｔｏ ｈｅ ｍ ｄｙ ａ ｃ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ｆ ｒ ｓ ｅ ｌａ ｄ ｔ ｂｅ ｈ ａ ｘ ｈａ ｇ ｒ ｏ ｈ ｌ ｎ ｕ ｅ ｔｅ ｃ ｎ ｅ
Ｗａ ｇＫ ｎ Ｙ ｉｇ Ｚ ａＹ ｏ ｎ ｕ ｕＯ ｎｔ ￣ ｈ ｏ ａ （ ｏｔｅｓ ｍ ｎｖｒ ｔ） Ｎ ｒ ａｔ Ｕ ｉ ｓｙ ｈ ｅ ｅｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｔｅ ｍｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｓ ｆ ａ ｅ ｆｒ ｓ ｅｌ ａ ｄ ｔ ｂ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｕ ｅ ｏ ｈ ｓｒ ｃ ｈ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａｃ ｌ ｔ ｏｔ ｒ ｏ ｈ ｌ ｎ ｕ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｓ ｄ ｆｒ ｔ ｅ ｏ ｗ ｗ ｓｅ ｈ ａ ｅ ｏ ｅ ｙＷａ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｔ ｅ ｔ ｃ ｖ ｒ ｓ ｉ ｔ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ａ ｅ ｅｏ ｅ ｓｎ ． ａ ｇ ａ ｅ Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｒ ｏ ｈ ｏｔ ｅ Ｗ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｕ ｉ ｇ ＶＢ ６ ０ ｌｎ ｕ ｇ ． ｈ ｅ ｉｎ ｗａ ｓ ｃ ｃ ｌｔ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｋ ｃ ｃ ｌｔ ｎ ｏ ｌ ｅ ｆ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ．Ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｌ ｒｖ ｄ ｌ ａ ｕ ａ ｏ ｓ ａ ｄ ｔ ｈ ｃ ａ ｕａ ｉ ｓ ｃ ｕｄ ｂ ｎ ｓ ｄ ｂ ｏｔ ｅ ｈ ｔ ｅ ｃ ｕｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｉ ｈ ｌ ｏ ｉ ｈ ｈ ｗａ ｏ ｗａ ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ｆ ｒｌｔｒｏ ｔ ｚｎ ｅ ｉｎ． ｏ ｎ ａｉ ｓ ｏ ａｅ ｐ ｍｉｉ ｇ ｄ ｓｇ ｏ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｈ ａｉ ｇ ｆｒ ａ ｅ ｓ ｅｌａ ｄ ｔ ｂ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｔｅ ｍｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｃ ｌｔ ｎ ｙ ｒｓ ｅ ｔ ｎ ｃ ｈ ｌ ｎ ｕ ｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａ ｕａ ｉ ｎ ｕ ｌ ｏ
热管式换热器设计计算程序源代码
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。
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%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>=2000
a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de;
else
a0=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);
%A
Aj=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=0:5000
err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10);
berr=err/(1/sqrt(num));
if berr<0.01
break;
else
num=num+num*0.01;
i=0;
end
end
ft=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100
while (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。