化工設(shè)計(jì)-ASPEN軟件：傳熱單元模擬

傳熱單元模擬SimulationDesignofThermalProcesses傳熱單元模擬加熱器

Heater換熱器

HeatXAspenPlus的傳熱單元共有7種模型，AspenPlus內(nèi)部用的有4種，其余3種是與其它軟件的接口模塊。本章介紹兩種模型：你可以用Heater模型表示：

加熱器

冷卻器

閥

泵（不需要有關(guān)功的結(jié)果）

壓縮機(jī)（不需要有關(guān)功的結(jié)果）加熱器

Heater加熱器

Heater你也可以用Heater模型設(shè)定物流的熱力學(xué)條件。當(dāng)你規(guī)定了出口條件時(shí)，Heater可確定一股或多股入口物流混合物的熱和相狀況。加熱器

Heater

的連接加熱器Heater的輸入規(guī)定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Heatduty加熱器Heater的輸入規(guī)定計(jì)算壓降相關(guān)參數(shù)加熱器Heater的輸入規(guī)定壓降計(jì)算相關(guān)參數(shù)K定義加熱器Heater的輸入規(guī)定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—游離水加熱器Heater的輸入規(guī)定加熱器Heater—應(yīng)用示例(1)

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)入蒸汽總管。求所需的鍋爐供熱量。

加熱器Heater—應(yīng)用示例(2)

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。

加熱器Heater—應(yīng)用示例(3)

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。

加熱器Heater的物性計(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、熱容等等：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。加熱器Heater—應(yīng)用示例(5)求壓力為0.2MPa，含甲醇30%wt、乙醇20%wt、正丙醇20%wt、水30%wt的混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)。

換熱器HeatX

模型HeatX

模型用來模擬各種各樣的管殼式換熱器，類型包括：換熱器HeatX

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)換熱器HeatX

模型

HeatX

模型可完成具有單相和兩相物流的傳熱系數(shù)和壓降估算的全部區(qū)域分析。對嚴(yán)格的傳熱系數(shù)和壓降計(jì)算必須提供換熱器的幾何尺寸。如果換熱器的幾何尺寸不知道或不重要，HeatX

模型可完成簡單的核算，例如僅完成能量和物料平衡計(jì)算。換熱器HeatX

模型

HeatX

模型有估算顯熱核沸騰和冷凝液膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。

HeatX

模型不能：

1完成設(shè)計(jì)計(jì)算

2完成機(jī)械振動分析

3估算污垢系數(shù)換熱器HeatX

連接換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定計(jì)算類型Calculation流動方式Flowarrangement換熱器設(shè)定

ExchangerspecificationHeatX

的設(shè)定從規(guī)定(Specification)表單著手，有三組設(shè)定參數(shù)：換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定2006版界面換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定計(jì)算欄目中有三個選項(xiàng)：

1、簡捷計(jì)算Short-cut

2、詳細(xì)計(jì)算Detailed3、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。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定2006版新增需專用軟件對接換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定在Type下拉式選擇框中也有三個選項(xiàng)：

1、設(shè)計(jì)Design

2、核算

Rating3、模擬Simulation計(jì)算欄目（Calculation）和計(jì)算類型(Type)兩組選項(xiàng)按下述方式配合使用：換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定1、簡捷計(jì)算(shortcut)

簡捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)(Design)或模擬(simulation)選項(xiàng)配合。簡捷計(jì)算不考慮換熱器的幾何結(jié)構(gòu)對傳熱和壓降的影響，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)。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定2、詳細(xì)計(jì)算(detailed)

詳細(xì)計(jì)算只能與核算(Rating)或模擬(Simulation)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)和流動情況計(jì)算實(shí)際的換熱面積、傳熱系數(shù)、對數(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)。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定流動方式設(shè)定包括：1、熱流體(Hotfluid)流動空間：殼程(Shell)/管程(Tube)2、流動方向(Flowdirection)：

逆流(Countercurrent)

并流(Co-current)

多管程流動(Multiplepasses)熱流體流動空間換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定流動方向換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定熱物流出口溫度(Hotstreamoutlettemperature)熱物流出口溫降

(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)熱物料出口溫差

(與冷物料的溫差)

(Hotoutlet-coldinlettemperaturedifference)熱物流出口過冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)熱物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)ExchangerSpecification換熱器設(shè)定:換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定6.冷物流出口溫度(Coldstreamoutlettemperature)7.冷物流出口溫升

(Coldstreamoutlettemperatureincrease)8.冷物料出口溫差(與熱物流入口)(Hotinlet-coldoutlettemperaturedifference)9.冷物流出口過熱度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)10.冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)ExchangerSpecification換熱器設(shè)定:換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定11熱負(fù)荷

(Exchangerduty)12熱/冷出口溫差

(Hot/coldoutlettemperatureapproach)ExchangerSpecification換熱器設(shè)定:換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定

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

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

由軟件根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)和流動情況計(jì)算。3、用戶子程序User-subr4、計(jì)算值Calculated

流動方向?yàn)槎喙艹塘鲃訒r(shí)采用。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定

壓降(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力(Outletpressure)

指定值>0，代表出口的絕對壓力值指定值≤0，代表出口相對于進(jìn)口的壓力降低值換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——

詳細(xì)計(jì)算

壓降計(jì)算(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)換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定計(jì)算總傳熱系數(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)^exponent傳熱系數(shù)的冪率表達(dá)式看成物流流率的函數(shù)換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——

詳細(xì)計(jì)算

總傳熱系數(shù)方法

(Umethods)換熱器幾何結(jié)構(gòu)

(ExchangerGeometry)傳熱膜系數(shù)

(Filmcoefficients)

換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——

詳細(xì)計(jì)算傳熱膜系數(shù)在簡捷法核算模型中HeatX

模型不計(jì)算膜系數(shù)。在嚴(yán)格法核算模型中如果你在傳熱系數(shù)計(jì)算方法中使用膜系數(shù)或換熱器幾何尺寸HeatX

計(jì)算傳熱系數(shù)使用hc

=冷流膜系數(shù)hh=熱流膜系數(shù)要選擇一個選項(xiàng)計(jì)算膜系數(shù),可在FilmCoefficients頁上設(shè)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——

詳細(xì)計(jì)算實(shí)際上膜系數(shù)法是根據(jù)換熱器的幾何結(jié)構(gòu)和流動情況分別計(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。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——

詳細(xì)計(jì)算詳細(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)。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定殼程(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ShelltobundleclearanceHeatX——詳細(xì)計(jì)算換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——詳細(xì)計(jì)算換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——詳細(xì)計(jì)算殼程類型包含六種結(jié)構(gòu)供選用：換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——詳細(xì)計(jì)算2006版新增串聯(lián)殼程數(shù)并聯(lián)殼程數(shù)換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——詳細(xì)計(jì)算換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定HeatX——詳細(xì)計(jì)算換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定OuterTubeLimit管束外層的最大直徑ShellDiameter殼體直徑ShelltoBundleClearance殼層到管束的環(huán)形間距換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定管程(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Length排列模式Pattern中心距Pitch材料Material導(dǎo)熱系數(shù)ConductivityHeatX——詳細(xì)計(jì)算換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定管程(Tubes)表單選定材料后，材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以不輸入，有默認(rèn)值。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定實(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DiameterBWG規(guī)格

Birminghamwiregauge換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定

對于翅片管，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:每單位長度的翅片數(shù)/翅片厚度Numberoffinsperunitlength/Finthickness換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定翅片管參數(shù)說明換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定翅片管參數(shù)輸入表單換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定擋板結(jié)構(gòu)有兩種擋板結(jié)構(gòu)可供選用：

1、圓缺(弓、弧)擋板Segmentalbaffle2、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)。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定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換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定上述二項(xiàng)不輸入時(shí)，系統(tǒng)有默認(rèn)計(jì)算值。殼與擋板間隙3.175mm，管與擋板間隙0.3968mm。換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定RodBaffle棍式擋板換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定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

Totallengthofsupportrodsperbaffle

換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定

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Entershellsidenozzlediameters進(jìn)口管嘴直徑

Inetnozzlediameter出口管嘴直徑Outletnozzlediameter輸入管程管嘴直徑Entertubesidenozzlediameters進(jìn)口管嘴直徑

Inletnozzlediameter出口管嘴直徑OutletnozzlediameterHeatX——管嘴（Nozzle）參數(shù)換熱器HeatX的參數(shù)規(guī)定換熱器HeatX計(jì)算結(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換熱器HeatX計(jì)算結(jié)果查看UxA換熱器HeatX計(jì)算結(jié)果查看Thermalresultssummary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)。換熱器HeatX計(jì)算結(jié)果查看ExchangerDetails換熱器詳情表單給出了需要的換熱器面積(Requiredexchangerarea)

、實(shí)際的換熱器面積(Actualexchangerarea)

、清潔(Clean)和