CAPD基础 第六讲.ppt

1、CAPD基础 第六讲,Simulation Design of Thermal Processes热过程单元的仿真设计 （二）,详细计算只能与核算或模拟选项配合。详细计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算实际的换热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。使用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积。使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。,HeatX详细计算,HeatX详细计算 (2),压降 ( Pressure Drop ) 分别指定热侧和冷侧的出口压力( Outlet pressure )根据几何结构计算( Calculated from geo

2、metry ),HeatX 详细计算 (3),HeatX 详细计算 (4),总传热系数方法 ( U methods ) 常数 ( Constant ) 相态法 ( Phase specific values ) 幂函数 ( Power law expression ) 换热器几何结构 ( Exchanger Geometry ) 传热膜系数 ( Film coefficients ) 详细计算采用后两种方法,HeatX 详细计算 (5),膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数(Film coefficients)，根据管壁材料和厚度计算传导热阻，再结合给定

3、的污垢热阻因子(Fouling factor)计算出总传热系数U。,HeatX U-膜系数法,HeatX U-膜系数法 (2),HeatX几何结构,详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几何(Geometry)项目，然后在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tube fins)、挡板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。,HeatX几何结构（2）,HeatX壳程参数,壳程(Shell)表单中包含以下参数： 壳程类型 TEMA shell type 管程数 No. of tube passes 换热器方位 Exchanger

4、 orientation 密封条数 Number of sealing strip pairs 管程流向 Direction of tubeside flow 壳内径 Inside shell diameter 壳/管束间隙 Shell to bundle clearance,HeatX管程参数（2）,HeatX壳程类型,壳程类型包含六种结构供选用：,HeatX壳程类型（2）,HeatX其它壳程参数,HeatX管程参数,管程(Tubes)表单中包含以下参数： 选择管类型 Select tube type裸管 Bare tube 翅片管 Finned tube 管程布置 Tube layout总

5、管数 Total number 管长 Length排列模式 Pattern 中心距 Pitch材料 Material 导热系数 Conductivity,HeatX管程参数（2）,HeatX管程参数（3）,管程参数还有管尺寸(Tube size)，可用两种方式输入：,实际尺寸 Actual 内径 Inner diameter 外径 Outer diameter 厚度 Tube thickness三选二,公称尺寸 Nominal直径 DiameterBWG规格Birminghamwire gauge,HeatX管程参数（4）,HeatX 列管排列模式,HeatX管翅结构,对于翅片管，还需从管翅(

6、Tube fins)表单中输入以下参数： 翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直径 Fin height /Fin root mean diameter 翅片间距 Fin spacing: 每单位长度的翅片数 / 翅片厚度 Number of fins per unit length /Fin thickness,HeatX管翅结构 (2),HeatX管翅结构 (3),HeatX挡板结构,有两种挡板结构可供选用：1、圆缺挡板 Segmental baffle2、棍式挡板 Rod baffle 从挡板(Baffles)表单中进行选择并输入有关参数。,HeatX圆缺挡板,Se

7、gmental Baffle,HeatX圆缺挡板（2）,圆缺挡板需输入以下参数： 所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes 挡板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter) 管板到第一挡板的间距 Tubesheet to 1st baffle spacing 挡板间距 Baffle to baffle spacing 壳壁/挡板间隙 Shell-baffle clearance 管壁/挡板间隙 Tube-baffle clearance,HeatX圆缺挡板（3）,HeatX棍式挡板,Rod Baffle,HeatX棍

8、式挡板（2）,棍式挡板需输入以下参数： 所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes 圆环内径 Inside diameter of ring 圆环外径 Outside diameter of ring 支撑棍直径 Support rod diameter 每块挡板的支撑棍总长 Total length of support rods per baffle,HeatX棍式挡板（3）,HeatX管嘴,管嘴即换热器的物料进出接口，需从Nozzle表单中输入以下参数： 输入壳程管嘴直径 Enter shell side nozzle diameters进口管嘴直径 In

9、et nozzle diameter出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter 输入管程管嘴直径 Enter tube side nozzle diameters进口管嘴直径 Inlet nozzle diameter出口管嘴直径 Outlet nozzle diameter,HeatX管嘴（2）,HeatX结果查看,HeatX最重要的是热参数结果(Thermal results)，其下包括五张表单：概况 Summary衡算 Balance换热器详情 Exchanger details压降/速度 Pre drop/velocities分区 Zones,HeatX 概况,概况表单

10、给出了冷、热物流的进、出口温度、压力、蒸汽分率(Vapor fraction)，以及换热器的热负荷(Heat duty)。,HeatX 概况 (2),HeatX换热器详情,换热器详情表单给出了需要的换热器面积(Required exchanger area) 、实际的换热器面积(Actual exchanger area) 、清洁(Clean)和结垢(Dirty)条件下的平均传热系数(Avg. heat transfer coefficient)、校正后的对数平均温差(LMTD corrected) 、热效率(Thermal effectiveness)和传热单元数(Number of tra

11、nsfer units)等有用的信息。,HeatX换热器详情（2）,HeatX压降/速度,压降/速度表单给出了流道压降(Exchanger Pressure drop)、管嘴压降和总压降；壳程错流(Crossflow)和挡板窗口(Windows)处的最大流速及雷诺数(Reynolds No.)；管程的最大流速及雷诺数等有用的信息，我们可以根据这些信息调整管程数，挡板数目和切割分率，以及管嘴尺寸。,HeatX压降/速度（2）,HeatX 分区,分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相态对传热面积分区计算的情况，包括各区域的热流体温度、冷流体温度、对数平均温差、传热系数、热负荷和传热面积信息。我们可

12、根据此信息分析换热方案是否合理以及改进设计方案的方向。,HeatX 分区（2）,用1200 kg/hr饱和水蒸汽 (0.3 MPa)加热2000 kg/hr 甲醇 (20 、0.3 MPa)。离开换热器的蒸汽冷凝水压力为0.28 MPa、过冷度为2 。换热器传热系数根据相态选择。求甲醇出口温度、相态、需要的换热面积。,HeatX 应用示例 (1),对上例选用下述换热器进行详细核算： 外壳直径：325 mm ， 公称面积：10 m2， 管长：3 m ，管径： 192 mm ，管数：76 ，排列方式：正三角，管程数：2 ，壳程数：1， 折流板间距：150 mm ， 折流板缺口高度：79 mm,HeatX 应用示例 (2),