第三講熱過程單元的仿真演示文稿

第三講熱過程單元的仿真演示文稿當(dāng)前1頁，總共93頁。（優(yōu)選）第三講熱過程單元的仿真當(dāng)前2頁，總共93頁。傳熱單元模型的分類(2)當(dāng)前3頁，總共93頁。Heater

加熱器模型Heater模型用于模擬以下單元，改變單股物流的溫度、壓力和相態(tài)：加熱器冷卻器閥門（僅改變壓力，不涉及阻力）泵（僅改變壓力，不涉及功率）壓縮機(jī)（僅改變壓力，不涉及功率）當(dāng)前4頁，總共93頁。Heater

加熱器模型（2）當(dāng)前5頁，總共93頁。Heater——

連接Heater

模型的連接圖如下：當(dāng)前6頁，總共93頁。1、閃蒸規(guī)定(Flashspecifications)

（1）溫度Temperature

（2）壓力Pressure

（3）溫度改變Temperaturechange

（4）蒸汽分率Vaporfraction

（5）過熱度Degreesofsuperheating

（6）過冷度Degreesofsubcooling

（7）熱負(fù)荷HeatdutyHeater

—模型參數(shù)Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：從中任選兩項(xiàng)當(dāng)前7頁，總共93頁。Heater

—模型參數(shù)（2）當(dāng)前8頁，總共93頁。2、有效相態(tài)(ValidPhase)（1）蒸汽 （2）液體（3）固體 （4）汽—液（5）汽—液—液 （6）液—游離水（7）汽—液—游離水Heater

—模型參數(shù)（3）Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：當(dāng)前9頁，總共93頁。Heater

—模型參數(shù)（4）當(dāng)前10頁，總共93頁。

溫度20℃、壓力0.41MPa、流量4000kg/hr

的軟水在鍋爐中加熱成為0.39MPa的飽和水蒸氣進(jìn)入生蒸汽總管。求所需的鍋爐供熱量。

Heater—

應(yīng)用示例(1)當(dāng)前11頁，總共93頁。

流量為1000kg/hr（0.4MPa）的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度100℃（0.39MPa），求過熱蒸汽溫度和所需供熱量。

Heater—

應(yīng)用示例(2)當(dāng)前12頁，總共93頁。

流量為1000kg/hr、壓力為0.11MPa、含乙醇70%w、水30%w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩爾）=1/3。求冷凝器熱負(fù)荷。

Heater—

應(yīng)用示例(3)當(dāng)前13頁，總共93頁。

案例研究(CaseStudy)是ASPENPlus提供的模型分析工具(ModelAnalysisTools)之一。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)不同的工況條件的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，尤其是不同工況有多個(gè)且數(shù)目不等的參數(shù)需要改變時(shí)，案例研究工具提供了非常方便的手段:一次輸入所有工況的參數(shù)值，通過批處理運(yùn)行方式計(jì)算出全部結(jié)果，自動(dòng)輸出到結(jié)果文件中。CaseStudy—

案例研究當(dāng)前14頁，總共93頁。CaseStudy—

案例研究（2）當(dāng)前15頁，總共93頁。CaseStudy—

參數(shù)定義

首先在改變(Vary)表單中定義不同案例中需要改變的變量：使用變量序號(hào)(Variablenumber)下拉框中的新建(new)選項(xiàng)增添新的變量；使用調(diào)節(jié)變量(Manipulatedvariable)欄中的一組下拉框設(shè)定每一個(gè)變量的定義。當(dāng)前16頁，總共93頁。CaseStudy—參數(shù)定義（2）當(dāng)前17頁，總共93頁。CaseStudy—

參數(shù)賦值

然后在規(guī)定(Specification)表單中定義不同案例中調(diào)節(jié)變量的值：使用案例序號(hào)(Casenumber)下拉框中的新建(new)選項(xiàng)增添新的案例；在調(diào)節(jié)變量值(Valuesofmanipulatedvariable)表的單元格中按順序輸入相應(yīng)案例里每一個(gè)調(diào)節(jié)變量的給定值。當(dāng)前18頁，總共93頁。CaseStudy—

參數(shù)賦值（2）當(dāng)前19頁，總共93頁。CaseStudy—

批處理運(yùn)行

完成案例定義后，從窗口的級(jí)聯(lián)式菜單中選擇“運(yùn)行→批處理→提交”命令

Run→Batch→Submit并在彈出的對(duì)話框中設(shè)定運(yùn)行代號(hào)(RunID)，運(yùn)行結(jié)果輸出文件將采用運(yùn)行代號(hào)作為文件名。當(dāng)前20頁，總共93頁。CaseStudy—批處理運(yùn)行（2）當(dāng)前21頁，總共93頁。CaseStudy—批處理運(yùn)行（3）當(dāng)前22頁，總共93頁。CaseStudy—

結(jié)果查看

案例研究的模擬結(jié)果采用文件輸出，不能直接從圖形用戶界面中查看。運(yùn)行完成后，會(huì)在工作目錄下自動(dòng)生成輸入(*.inp)、狀態(tài)(*.sta)、簡(jiǎn)匯(*.sum)和輸出(*.out)四個(gè)文本文件，結(jié)果數(shù)據(jù)在*.out文件中，可用文本編輯軟件打開查看和編輯。當(dāng)前23頁，總共93頁。

流量為100kg/hr、壓力為0.2MPa、溫度為20℃的丙酮通過一電加熱器。當(dāng)加熱功率分別為2kW、5kW、10kW和20kW時(shí)，求出口物流的狀態(tài)。

Heater—

應(yīng)用示例(4)當(dāng)前24頁，總共93頁。Heater

—物性計(jì)算

利用Heater模塊可以很方便地計(jì)算混合物在給定熱力學(xué)狀態(tài)下的各種物性數(shù)據(jù)，如泡點(diǎn)、露點(diǎn)、飽和蒸汽壓、密度、粘度、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等等：只需將給定組成的物流導(dǎo)入Heater模塊，根據(jù)給定的熱力學(xué)狀態(tài)設(shè)定Heater的模型參數(shù)，并在總Setup的ReportOptions中設(shè)定相應(yīng)的輸出參數(shù)選項(xiàng)即可。當(dāng)前25頁，總共93頁。

求壓力為0.2MPa，含甲醇30%w、乙醇20%w、正丙醇20%w、水30%w的混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)。

Heater—

應(yīng)用示例(5)當(dāng)前26頁，總共93頁。HeatX

換熱器模型逆流/并流（Countercurrent/Cocurrent)折流板殼程（SegmentalBaffleShell)棍式擋板殼程（RodBaffleShell)裸管/低翅片管（Bare/Low-finnedTubes)HeatX模型用于模擬下述結(jié)構(gòu)的管—?dú)な綋Q熱器：計(jì)算兩股物流之間的熱量交換。當(dāng)前27頁，總共93頁。HeatX

換熱器模型（2）當(dāng)前28頁，總共93頁。HeatX——

連接HeatX

模型的連接圖如下：當(dāng)前29頁，總共93頁。計(jì)算類型Calculation流動(dòng)方式Flowarrangement換熱器設(shè)定

ExchangerspecificationHeatX—模型設(shè)定HeatX

的設(shè)定從規(guī)定(Specification)表單著手，有三組設(shè)定參數(shù)：當(dāng)前30頁，總共93頁。HeatX—模型設(shè)定（2）當(dāng)前31頁，總共93頁。計(jì)算欄目中有三個(gè)選項(xiàng)：

1、簡(jiǎn)捷計(jì)算Short-cut

2、詳細(xì)計(jì)算

Detailed

3、Hetran

精確計(jì)算HetranRigorous

輸出Hetran軟件(換熱器設(shè)計(jì)專用軟件)的輸入文件供其精確計(jì)算。下部的下拉式選擇框中也有三個(gè)選項(xiàng)：

1、設(shè)計(jì)Design

2、核算

Rating

3、模擬

Simulation兩組選項(xiàng)按下述方式配合使用：HeatX—計(jì)算類型當(dāng)前32頁，總共93頁。HeatX—計(jì)算類型（2）當(dāng)前33頁，總共93頁。簡(jiǎn)捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)或模擬選項(xiàng)配合。簡(jiǎn)捷計(jì)算不考慮換熱器幾何結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱和壓降的影響，人為給定傳熱系數(shù)和壓降的數(shù)值。使用設(shè)計(jì)選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定熱(冷)物流的出口狀態(tài)或換熱負(fù)荷，模塊計(jì)算達(dá)到指定換熱要求所需的換熱面積。使用模擬選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定換熱面積，模塊計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX—簡(jiǎn)捷計(jì)算當(dāng)前34頁，總共93頁。流動(dòng)方式設(shè)定包括：1、熱流體(Hotfluid)流動(dòng)空間：

殼程

(Shell)/管程

(Tube)2、流動(dòng)方向(Flowdirection)：

逆流

(Countercurrent)

并流

(Co-current)

多管程流動(dòng)

(Multiplepasses)HeatX—流動(dòng)方式當(dāng)前35頁，總共93頁。HeatX—流動(dòng)方式(2)當(dāng)前36頁，總共93頁。1、逆流

CountercurrentHeatX—

流動(dòng)方向2、并流

Cocurrent當(dāng)前37頁，總共93頁。熱物流出口溫度(Hotstreamoutlettemperature)熱物流出口溫降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)熱物流出口溫差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)熱物流出口過冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)熱物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)HeatX—

換熱器設(shè)定共有13個(gè)選項(xiàng)當(dāng)前38頁，總共93頁。HeatX—

熱物流出口溫差

當(dāng)前39頁，總共93頁。冷物流出口溫度(Coldstreamoutlettemperature)冷物流出口溫升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)冷物流出口溫差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)冷物流出口過熱度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)HeatX—

換熱器設(shè)定

(2)共有13個(gè)選項(xiàng)當(dāng)前40頁，總共93頁。HeatX—

冷物流出口溫差

當(dāng)前41頁，總共93頁。傳熱面積(Heattransferarea)熱負(fù)荷(Exchangerduty)幾何條件(Geometry)

在詳細(xì)計(jì)算時(shí)采用。HeatX—

換熱器設(shè)定(3)

共有13個(gè)選項(xiàng)當(dāng)前42頁，總共93頁。

由于換熱器內(nèi)的流動(dòng)并非理想的并流或逆流，因此有效傳熱推動(dòng)力需在對(duì)數(shù)平均溫差(LMTD)的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。校正因子的計(jì)算方法有四個(gè)選項(xiàng)：1、常數(shù)Constant

由用戶指定校正系數(shù)，可查手冊(cè)。2、幾何結(jié)構(gòu)Geometry

由軟件根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況計(jì)算。3、用戶子程序

User-subr4、計(jì)算值

Calculated

流動(dòng)方向?yàn)槎喙艹塘鲃?dòng)時(shí)采用。HeatX—

LMTD校正當(dāng)前43頁，總共93頁。HeatX—

LMTD校正（2）當(dāng)前44頁，總共93頁。

壓降

(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力

(Outletpressure)

指定值

>0，代表出口的絕對(duì)壓力值

指定值

≤

0，代表出口相對(duì)于進(jìn)口的壓力降低值HeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算

當(dāng)前45頁，總共93頁。HeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算（2）

當(dāng)前46頁，總共93頁?？倐鳠嵯禂?shù)方法

(Umethods)常數(shù)

(Constant)相態(tài)法

(Phasespecificvalues)

分別指定冷熱兩側(cè)不同相態(tài)組合下的傳熱系數(shù)冪函數(shù)

(Powerlawexpression)

U=Uref(Flow/Flowref)^exponentHeatX——

簡(jiǎn)捷計(jì)算（3）

當(dāng)前47頁，總共93頁。HeatX——

U-相態(tài)法

當(dāng)前48頁，總共93頁。HeatX——結(jié)果查看HeatX最重要的是熱參數(shù)結(jié)果(Thermalresults)，其下包括五張表單：概況Summary

衡算Balance

換熱器詳情Exchangerdetails

壓降/速度Predrop/velocities

分區(qū)Zones當(dāng)前49頁，總共93頁。HeatX——概況概況表單給出了冷、熱物流的進(jìn)、出口溫度、壓力、蒸汽分率(Vaporfraction)，以及換熱器的熱負(fù)荷(Heatduty)。當(dāng)前50頁，總共93頁。HeatX——概況(2)當(dāng)前51頁，總共93頁。HeatX——換熱器詳情對(duì)于捷算法，換熱器詳情表單給出了需要的換熱器面積(Requiredexchangerarea)、結(jié)垢(Dirty)條件下的平均傳熱系數(shù)(Avg.heattransfercoefficient)、校正后的對(duì)數(shù)平均溫差(LMTDcorrected)和對(duì)數(shù)平均溫差校正因子(LMTDcorrection

factor)等有用的信息。當(dāng)前52頁，總共93頁。HeatX——換熱器詳情（2）當(dāng)前53頁，總共93頁。HeatX——分區(qū)分區(qū)表單給出了換熱器內(nèi)根據(jù)冷、熱流體相態(tài)對(duì)傳熱面積分區(qū)計(jì)算的情況，包括各區(qū)域的熱流體溫度、冷流體溫度、對(duì)數(shù)平均溫差、傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷和傳熱面積信息。我們可根據(jù)此信息分析換熱方案是否合理以及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的方向。當(dāng)前54頁，總共93頁。HeatX——分區(qū)（2）當(dāng)前55頁，總共93頁。

用1200kg/hr飽和水蒸汽(0.3MPa)加熱2000kg/hr甲醇(20℃、0.3MPa)。離開換熱器的蒸汽冷凝水壓力為0.28MPa、過冷度為2℃。換熱器傳熱系數(shù)根據(jù)相態(tài)選擇。求甲醇出口溫度、相態(tài)、需要的換熱面積。HeatX—

應(yīng)用示例(1)當(dāng)前56頁，總共93頁。詳細(xì)計(jì)算只能與核算或模擬選項(xiàng)配合。詳細(xì)計(jì)算可根據(jù)給定的換熱器幾何結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況計(jì)算實(shí)際的換熱面積、傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)平均溫度校正因子和壓降。使用核算選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)設(shè)定的換熱要求計(jì)算需要的換熱面積。使用模擬選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)實(shí)際的換熱面積計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX—詳細(xì)計(jì)算當(dāng)前57頁，總共93頁。HeatX—詳細(xì)計(jì)算(2)當(dāng)前58頁，總共93頁。

壓降

(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力

(Outletpressure)

根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算

(Calculatedfromgeometry)HeatX—

詳細(xì)計(jì)算(3)

當(dāng)前59頁，總共93頁。HeatX——

詳細(xì)計(jì)算

(4)

當(dāng)前60頁，總共93頁。

總傳熱系數(shù)方法

(Umethods)常數(shù)

(Constant)相態(tài)法

(Phasespecificvalues)

冪函數(shù)

(Powerlawexpression)換熱器幾何結(jié)構(gòu)

(ExchangerGeometry)傳熱膜系數(shù)

(Filmcoefficients)

詳細(xì)計(jì)算采用后兩種方法HeatX——

詳細(xì)計(jì)算

(5)當(dāng)前61頁，總共93頁。膜系數(shù)法根據(jù)換熱器的幾何結(jié)構(gòu)和流動(dòng)情況分別計(jì)算熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的傳熱膜系數(shù)(Filmcoefficients)，根據(jù)管壁材料和厚度計(jì)算傳導(dǎo)熱阻，再結(jié)合給定的污垢熱阻因子(Foulingfactor)計(jì)算出總傳熱系數(shù)U。HeatX——

U-膜系數(shù)法當(dāng)前62頁，總共93頁。HeatX——

U-膜系數(shù)法

(2)當(dāng)前63頁，總共93頁。HeatX—幾何結(jié)構(gòu)詳細(xì)計(jì)算時(shí)需輸入換熱器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。從數(shù)據(jù)瀏覽器左側(cè)的目錄樹中選擇幾何(Geometry)項(xiàng)目，然后在右側(cè)的殼程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tubefins)、擋板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表單中輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)前64頁，總共93頁。HeatX—幾何結(jié)構(gòu)（2）當(dāng)前65頁，總共93頁。HeatX—?dú)こ虆?shù)殼程(Shell)表單中包含以下參數(shù)：殼程類型TEMAshelltype管程數(shù)No.oftubepasses換熱器方位Exchangerorientation密封條數(shù)Numberofsealingstrippairs管程流向Directionoftubesideflow殼內(nèi)徑Insideshelldiameter殼/管束間隙Shelltobundleclearance當(dāng)前66頁，總共93頁。HeatX—管程參數(shù)（2）

當(dāng)前67頁，總共93頁。HeatX—?dú)こ填愋蜌こ填愋桶N結(jié)構(gòu)供選用：當(dāng)前68頁，總共93頁。HeatX—?dú)こ填愋停?）

當(dāng)前69頁，總共93頁。HeatX—其它殼程參數(shù)當(dāng)前70頁，總共93頁。HeatX——管程參數(shù)管程(Tubes)表單中包含以下參數(shù)：選擇管類型Selecttubetype

裸管

Baretube翅片管

Finnedtube管程布置Tubelayout

總管數(shù)

Totalnumber管長(zhǎng)

Length

排列模式

Pattern中心距

Pitch

材料

Material導(dǎo)熱系數(shù)

Conductivity當(dāng)前71頁，總共93頁。HeatX——管程參數(shù)（2）當(dāng)前72頁，總共93頁。HeatX——管程參數(shù)（3）

管程參數(shù)還有管尺寸(Tubesize)，可用兩種方式輸入：實(shí)際尺寸

Actual內(nèi)徑Innerdiameter外徑Outerdiameter

厚度Tubethickness

三選二公稱尺寸

Nominal

直徑Diameter

BWG規(guī)格

Birminghamwiregauge當(dāng)前73頁，總共93頁。HeatX——管程參數(shù)（4）當(dāng)前74頁，總共93頁。HeatX—列管排列模式

當(dāng)前75頁，總共93頁。HeatX——管翅結(jié)構(gòu)

對(duì)于翅片管，還需從管翅(Tubefins)表單中輸入以下參數(shù)：翅片高度

Finheight翅片高度/翅片根部平均直徑Finheight/Finrootmeandiameter翅片間距Finspacing:每單位長(zhǎng)度的翅片數(shù)/翅片厚度Numberoffinsperunitlength/Finthickness當(dāng)前76頁，總共93頁。HeatX——管翅結(jié)構(gòu)

(2)當(dāng)前77頁，總共93頁。HeatX——管翅結(jié)構(gòu)

(3)當(dāng)前78頁，總共93頁。HeatX——擋板結(jié)構(gòu)有兩種擋板結(jié)構(gòu)可供選用：

1、圓缺擋板Segmentalbaffle

2、棍式擋板Rodbaffle從擋板(Baffles)表單中進(jìn)行選擇并輸入有關(guān)參數(shù)。當(dāng)前79頁，總共93頁。HeatX——圓缺擋板SegmentalBaffle當(dāng)前80頁，總共93頁。HeatX——圓缺擋板（2）圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù)

No.ofbaffles,allpasses擋板切割分率

Bafflecut(fractionofshelldiameter)管板到第一擋板的間距

Tubesheetto1stbafflespacing擋板間距

Baffletobafflespacing殼壁/擋板間隙

Shell-baffleclearance管壁/擋板間隙

Tube-baffleclearance當(dāng)前81頁，總共93頁。HeatX——圓缺擋板（3）當(dāng)前82頁，總共93頁。HeatX——棍式擋板RodBaffle當(dāng)前83頁，總共93頁。HeatX——棍式擋板（2）

棍式擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù)

No.ofbaffles,allpasses圓環(huán)內(nèi)徑

Insidediameterofring圓環(huán)外徑

Outsidediameterofring支撐棍直徑

Supportroddiameter每塊擋板的支撐棍總長(zhǎng)

Totallengthofsupportrods

perbaffle當(dāng)前84頁，總共93頁。HeatX——棍式擋板（3）

當(dāng)前85頁，總共93頁。HeatX——管嘴

管嘴即換熱器的物料進(jìn)出接口，需從Nozzle表單中輸入以下參數(shù)：輸入殼程管嘴直徑

Entershell