仿真-热交换器
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。
第5讲 ASPEN PLUS 换热器的模拟
HeatX具有有效值的选项
变量 LMTD Correction Factor （LMTD校正因子） Heat Transfer Coefficient （传热系数） 计算方法 常数 几何尺寸 用户子程序 常数值 特定相态的值 幂率表达式 膜系数 换热器几何尺寸 用户子程序 常数值 特定相态的值 幂率表达式 由几何尺寸计算 出口压力 由几何尺寸计算 在简捷法模型 中可采用 Default No No Yes Default Yes No No No No No No No Default No 在严格法模型 中可采用 Yes Default Yes Yes Yes Yes Yes Default Yes Yes Yes Yes Default Yes Default
HeatX—详细计算 (2)
HeatX的简捷法核算与严格法核算比较
用Setup Specifications页上的 Calculation Type（核算类型）字段来规 定简捷法或严格法核算。 简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸 数据。 对于严格法核算模型，可以用换热器几何 尺寸去估算：
膜系数（Film coefficients） 压降（Pressure drops） 对数平均温差校正因子（Log-mean temperature difference correction factor）
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 （3） 固体 （5） 汽—液—液 （7） 汽—液—游离水 （2）液体 （4）汽—液 （6）液—游离水
Heater — 模型参数（4）
Heater — 应用示例 (1)
飞机温控系统的建模与仿真
飞机温控系统的建模与仿真飞机温控系统是飞机上不可缺少的一部分，它能够调节飞机内部的空气温度和湿度，在确保舒适乘坐的前提下，还能保障飞机内部系统的正常运行。
本文将从建立飞机温控系统的数学模型、利用Matlab进行仿真分析等方面进行讲解。
一、建立温控系统的数学模型1、空气温度的建模通过对飞机内部空气流动和传热现象进行分析，温度的变化可以用以下式子描述：Cp*dT/dt = h*A(Ts-T)-Md*(T-Ta) （1）其中，Cp为空气的热容量，Ts为散热器表面温度，T为空气温度，Ta为大气温度，M 为空气质量流量，d为散热器的厚度，h为传热系数，A为散热器的面积。
对式子进行简化可得：dT/dt = (h*A*(Ts-T)-Md*(T-Ta))/Cp （2）该式子可以用于模拟飞机在不同外界环境温度下的温度变化。
2、热交换器的建模在温控系统中，热交换器是用来控制飞机内部空气温度的重要组件，热交换器的性能会影响整个温控系统的效能。
热交换器的工作原理可以用以下式子描述：Cw*(Tw2-Tw1)/Lw = h*A*(T1-T2) （3）其中，Cw为水的热容量，Tw1为水的入口温度，Tw2为水的出口温度，Lw为水流的长度，h为传热系数，A为热交换器的面积，T1为空气入口温度，T2为空气出口温度。
对于热交换器，我们需要利用以上模型来分析其性能和控制参数。
3、模拟控制器的建模在一个完整的温控系统中，控制器起到了至关重要的作用，它能够根据传感器的反馈信息和实际环境参数进行调控，以维持飞机内部空气的舒适温度。
控制器的数学模型可以用以下式子表示：u = Kp*(e+1/Ti*∫(e)dt+Td*(de/dt)) （4）其中，u为控制器的输出，Kp为控制器的比例系数，Ti为控制器的积分时间常数，Td 为控制器的微分时间常数，e为控制量与设定值之间的偏差，de/dt为偏差的变化率。
该式子可以用于分析温控系统控制器的开环性能和闭环性能。
化工仿真综合训练模板
综合训练一、解释1、仿真：即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。
项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计。
2、离心泵: 是根据离心力原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出,从而达到输送的目的。
离心泵有好多种，从使用上可以分为民用与工业用泵；从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。
3、热交换器: 是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。
换热器可以按不同的方式分类。
按其操作过程可分为间壁式、混合式、蓄热（或称回热式）三大类；按其表面的紧凑程度可分为紧凑式和非紧凑式两类。
4、透平：将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。
透平是英文turbine的音译，源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体。
5、往复压缩：通过活塞或隔膜在气缸内作往复运动来压缩和输送气体。
6、间歇反应：按批量进行反应，所需的原料一次装入反应器，然后在其中进行反应，经一定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料。
7、精馏：一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。
8、盘车：所谓“盘车”是指在启动电机前，用人力将电机转动几圈，用以判断由电机带动的负荷（即机械或传动部分）是否有卡死而阻力增大的情况，从而不会使电机的启动负荷变大而损坏电机（即烧坏）。
9、考克：考克是COCK的读音，通常就是指旋塞式的小阀。
主要供开启和关闭管道和设备介质之用。
10、压缩机（compressor），将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械。
是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发( 吸热 ) 的制冷循环。
Aspen Plus 换热器模拟
Aspen Plus 换热器模拟1.概述在Aspen plus 中换热器主要有以下几种：概述换热器模块Heater 加热器/冷却器确定出口物流的热和相态条件HeatX 双物流换热器在两个物流之间换热MHeatX 多物流换热器在多股物流之间换热Hetran 管壳式换热器与BJAC 管壳式换热器的接口程序Aerotran 空冷换热器与BJAC 空气冷却换热器的接口程序在本次模拟中选取Heatx换热器，HeatX有两种简捷法和严格法计算模型。
简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或几何尺寸数据，可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。
Shortcut模型可进行设计模拟两种计算，其中设计计算依据工艺参数和总传热系数估算出传热面积。
严格法（Detailed）可以用换热器几何尺寸去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对数平均温差校正因子等。
严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输入。
Detailed模型不能进行设计计算。
可以将HeatX 的Shortcut和Detailed结合完成换热器设计计算。
首先依据给定的设计条件用Shortcut 估算传热面积，然后依据Shortcut的计算结果用Detailed 进行核算。
在使用 HeatX 模型前，首先要弄清下面这些问题：（1）HeatX能够模拟的管壳换热器类型逆流和并流换热器；弓形隔板TEMA E, F, G, H, J和X壳换热器；圆形隔板TEMA E和F壳换热器；裸管和翅片管换热器。
（2）HeatX能够进行的计算全区域分析；传热和压降计算；显热、气泡状气化、凝结膜系数计算；内置的或用户定义的关联式。
—（3）HeatX不能进行进行的计算机械震动分析计算；估算污垢系数。
（3）HeatX需要的输入规定，必须提供下述规定之一换热器面积或几何尺寸；换热器热负荷；热流或冷流的出口温度；在换热器两端之一处的接近温度；热流或冷流的过热度/过冷度；热流或冷流的气相分率（气相分率为 0 表饱和液相）；热流或冷流的温度变化。
基于SolidWorks Flow Simulation的换热器流场仿真分析及优化
等） 云图。
传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统的管壳式换热 器［ ２ 。 由壳体 、 管板 、 传热 管束 （ 热
交换管 ） 和 管 箱 等 部 件 构 成 。管 束 固定 在 管 板 上 ， 通 过 管 板 与外 壳 连成 一 体 。进 行 热 交换 的 流 体 温 度 不 同 ， 分 别 在 热交换管 内、 外（ 壳程 内） 流 动 。壳 体 通 常 间 隔安 装 若 干 折
流 板 以增 加 管 外 流 体 流 速 ， 增 强 流体湍 动程度 ， 从 而 提 高
１ 热 交换 管 内外 流 固耦 合 及 优 化 原 理
１ ． １ 热交换 管流 固耦 合
方 面 。换 热 器 因其 应 用 领 域 不 同而 种 类 繁 多 ， 从 传 热 面 的 形状和结构分类 ， 可分 为板 型、 管 型 和 其 它 换 热 器 。管 型
换 热 器 分 ３类 ： 管壳 式 、 蛇管式 、 套 管 式 。其 中 管 壳 式 换 热 器 由于 结 构 可 靠 、 技术成熟 、 适用面广 ， 是 目前 国 内外 换 热 器中的主流产品 。
打 印技 术 及 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ软 件 中 的 流 体 仿 真 模 块 Ｆ ｌ ｏ ｗ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， 对 换 热 器 的热 交 换 管 进 行 优 化 设 计 ， 并 对 优 化 设 计 后 的 网格 状 热交 换 管 换 热 器 进 行 仿 真 分 析 ， 验 证 设 计 的合 理 性 。
基于仿真实验的板式换热器动态特性模型
!一阶系统传递函数模型 具有纯滞后的一阶系统传递函数可表示为'&6( *
!!!5$
6%
E7 (Y 6D&
PZY (
$(F 6)
式中!5$ 6% ,,,传递函数
6,,,复变量
7,,,增益
(Y ,,,时间常数!K (F ,,,滞后时间!K !二阶系统传递函数模型
具有纯滞后的二阶系统传递函数由两个惯性环 节与纯滞后环节组成!表达式为'&6( *
!!摘!要!为准确获得板式换热器进水温度质量流量阶跃变化对出水温度的影响建立一阶 系统二阶系统传递函数模型 以分布参数模型仿真结果作为真值分析一阶系统二阶系统传递 函数计算结果的相对误差寻找具有较高计算准确性且建模仿真效率更高的传递函数模型 与分 布参数模型仿真结果相比一阶系统二阶系统传递函数计算结果的相对误差均在 *#)+,范围内 两种传递函数计算结果的相对误差相当 在换热器动态特性研究中宜选择一阶系统传递函数 !!关键词!板式换热器!分布参数模型!传递函数!动态特性
!!!5$ 6% E 7PZY( $(F6) ( (Y& 6D& ) ( (Y" 6D& )
式中!(Y& &(Y" ,,,二阶系统的特征参数!也是组成二 阶系统的各惯性环节的时间常数
当滞后时间为 # 时!一阶系统&二阶系统传递函
数无纯滞后环节"
)"阶跃激励 * 响应仿真实验
利用换热器分布参数模型开展一二级侧进水温
各流道内流体微元质量控制方程为*
,,,,流体黏性耗散项
!!!F
( ') F#
E#
式中!,,,流体密度!GHIJ+
fluent heat exchange热交换模型介绍
fluent heat exchange热交换模型介绍
"Fluent" 是一种计算流体力学（CFD）软件，而"heat exchange" 则指的是热交换，即在流体中传递热量的过程。
在Fluent 中，可以使用不同的模型和方法来模拟和分析流体中的热交换过程。
热交换模型在Fluent 中涉及到流体流动、传热和传质等多个方面。
以下是一些常见的Fluent 中用于热交换模拟的模型和方法：
1.传热模型：Fluent 提供了多种传热模型，包括传导、对流和辐射传热。
用户可以选择
适当的传热模型，根据系统的特点来模拟热量的传递。
2.壁面热通量：可以在Fluent 中设置不同表面的壁面热通量，以模拟具体区域的热交
换情况。
这对于热交换器、散热器等设备的仿真很重要。
3.热源和热汇：用户可以设置热源和热汇，模拟系统中的加热或散热过程。
这对于热交
换系统的设计和优化非常有用。
4.多相流和相变：在一些热交换系统中，可能涉及到多相流动和相变过程，如蒸发、冷
凝等。
Fluent 支持多相流和相变模型，以更全面地模拟系统中的热交换。
5.换热器模块：Fluent 中有专门的换热器模块，用于更方便地建模和分析换热器的性能，
包括壁面传热系数、温度分布等。
使用Fluent 进行热交换模拟需要用户详细了解系统的几何形状、边界条件、材料属性等信息，并选择合适的模型和参数。
通过模拟，用户可以获得系统内部的流动、温度场等信息，帮助设计和优化热交换设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化工仿真技术实习报告
实习名称：热交换器
学院：
专业：
班级：
姓名：学号
指导教师：
日期：年月日
一、实习目的
1、熟习换热器的操作方法；
2、掌握换热器各个部件的表示方法及操作，加深对换热器性能的了解；
3、了解测定流量，温度的一些常用方法，仿真系统测试换热器的原理；
4、了解换热器的一些常见故障及排除方法和技巧。
二、实习内容
1、工艺流程简介
本热交换器为双程列管式结构，起冷却作用，管程走冷却水（冷流）。
含量30％的磷酸钾溶液走壳程（热流）。
工艺要求：流量为18441 kg/h的冷却水，从20℃上升到30.8℃,将65℃流量为8849 kg/h的磷酸钾溶液冷却到32℃。
管程压力0.3MPa，壳程压力
0.5MPa。
流程图画面“G1”中：阀门V4是高点排气阀。
阀门V3和V7是低点排液阀。
P2A为冷却水泵。
P2B为冷却水备用泵。
阀门V5和V6分别为泵P2A 和P2B的出口阀。
P1A为磷酸钾溶液泵。
P1B为磷酸钾溶液备用泵。
阀门V1和V2分别为泵P1A和P1B的出口阀。
FIC-1 是磷酸钾溶液的流量定值控制。
采用ＰＩＤ单回路调节。
TIC-1 是磷酸钾溶液壳程出口温度控制，控制手段为管程冷却水的用量(间接关系)。
采用PID单回路调节。
检测及控制点正常工况值如下：
TI-1 壳程热流入口温度为65℃
TI-2 管程冷流入口温度为20℃
TI-3 管程冷流出口口温度为30.8℃左右
TI-2 壳程热流入口温度为32℃
FR-1 冷却水流量18441kg/h
FIC-1 磷酸钾流量8849kg/h
报警限说明（H为报警上限，L为报警下限）：
TIC-1>35.0℃
TIC-1<28.0℃
FIC-1>9500kg/h
FIC-1<7000kg/h
2、工艺流程图
3、开车步骤
1、开车前设备检验。
冷却器试压，特别要检验壳程和管程是否有内漏现象，各阀门、管路、泵是否好用，大检修后盲板是否拆除，法兰连接处是否耐压不漏，是否完成吹扫等项工作（本项内容不包括在仿真软件中）；
2、检查各开关、手动阀门是否处于关闭状态。
各调节器应处于手动且输出为零；
3、开冷却水泵P2A开关；
4、开泵P2A的出口阀V05；
5、调节器TIC-1置手动状态，逐渐开启冷却水调节阀至50%开度；
6、开磷酸钾溶液泵P1A开关；
7、开泵P1A的出口阀V01；
8、调节器FIC-1置手动状态，逐渐开启磷酸钾溶液调节阀至10%；
9、壳程高点排气。
开阀V04，直到V04阀出口显示蓝色色点，指示排气完成，关V04阀；
10、手动调整冷却水量。
当壳程出口温度手动调节至（32±0.5）℃且稳定不变后打自动；
11、缓慢提升负荷。
逐渐手动将磷酸钾溶液的流量增加至8800 kg/h左右投自动。
开车达正常工况的设计值见工艺说明。
4、正常停车操作
1、将调节器FIC-1打手动，关闭调节阀；
2、关泵P1A及出口阀V01；
3、将调节器TIC-1打手动，关闭调节阀；
4、关泵P2A及出口阀V05；
5、开低点排液阀V03及V07，等待蓝色色点消失，排液完成。
停车完成。
5、事故设定及处理
1、换热效率下降（F2）
事故现象：事故初期壳程出口温度上升，冷却水出口温度上升。
由于自控作用将冷却水流量开大，使壳程出口温度和冷却水出口温度回落。
处理方法：开高点放气阀V04。
等气排净后，恢复正常。
2、P1A泵坏（F3）
事故现象：热流流量和冷却水流量同时下降至零。
温度下降报警。
处理方法：启用备用泵P1B，按开车步骤重新开车。
3、P2A泵坏（F4）
事故现象: 冷却水流量下降至零。
热流出口温度上升报警。
处理方法：开备用泵P2B，然后开泵出口阀V06。
关泵P2A及出口阀V05。
4、冷却器内漏（F5）
事故现象：冷却水出口温度上升，导致冷却水流量增加。
开排气阀
V04试验无效。
处理方法：停车。
5、TIC-1调节器工作不正常 （F6）
事故现象：TIC-1的测量值指示达上限 ，输出达100% 。
热流出口温度下降，无法自控。
处理方法：将TIC-1打手动。
通过现场温度指示，手动调整到正常。
三、数据处理及思考题
数据记录及处理
D=250mm L=5.0m
d o =19mm d i =15mm n=52 t 1=20℃ T 1=65℃ T 2=32.13℃ C pc =4184J/（kg·℃）
223m 89.31520.5)1017(=⋅⋅⋅⨯=-πS
K=2977.17 kJ/（m 2·h·℃）=711.22 kcal/（m 2·h·℃）
K θ
=924.8 kcal/（m 2·h·℃）
Ur K =23.09% 思考题
1、列管式换热器由哪些部件组成？
列管式换热器主要由壳体、管束、管板（又称花板）、折流挡板和封头等组成。
2、当外壳和列管的温差较大时，常用的几种方法对热交换器进行热补偿？
在管壳式换热器内由于管内外流体温度不同壳体和管束的温度也不同。
如两者温差很大 换热器内部将出现很大的热应力可能使管子弯曲断裂或 从管板上松脱。
因此当管束和壳体温度差超过 50℃时应采取适当的温差补 偿措施消除或减小热应力。
目前广泛使用的有固定管板式换热器、浮头式换 热器、U 形管式换热器。
3、热交换器开车前为什么必须进行高点排气？
通常换热器壳侧的介质比空气密度大，在高位设计排气口！可以排除可 以换热器内部的空气！1）可以不要工作介质带空气，2）换热器内部有空气 不造成噪音！。