基于VB6.0的套管式换热器辅助程序设计

套管式换热器由于其传热系数较大，承受较高压力，可进行逆流或顺流传热并方便地增减传热面积以适应不同换热负荷，因而广泛应用在小型换热设备中[1-4].针对套管式换热器设计，传统的换热器计算选型步骤往往要通过反复假定传热系数、反复试算得出换热器的传热系数、压降和管壁厚度，进而与假定传热系数进行校核.换热器的设计周期长，工作量较大，设计效率低.设计误差较大，不利于换热器的选型和设计[5].针对换热器的程序设计，目前主要集中于管壳式换热器[6-7]和紧凑式换热器[8]的研究，对于套管式换热器的程序设计研究较少，基于以上原因，本文利用Microsoft Visual Basic 6.0为工具，进行套管式换热器计算机辅助程序设计，计算换热器的性能参数，并保存计算结果，此外可调用AutoCAD Application进行自动绘制工程图.

纵观近年来城市发展过程中的环境情况，各种生活垃圾与废水的不合理处理情况频繁发生，且多数废弃物均被排放到城市河流中，对城市水环境造成了极大的不良影响。城市水环境污染不仅会影响城市形象，同时对周边居民的身体健康也会造成不良影响，为此，需要加强对水体处理技术的研究，并将其应用到城市水环境治理工作中。现阶段比较常用的水体修复技术包括水流动力调节技术、河道生态修复技术等，应用时，应结合实际污染情况进行选择，在达到治理效果的基础上尽量降低投入成本。

1 程序算法及流程

1)根据套管式换热器的设计任务汇总设计需求目标参数，如流体的压力p、流量m、温度T、结垢和强度限制及范围等，选择换热器内外管的材料；

2)根据冷、热流体物性参数随温度变化，拟合求取物性随温度变化T的关联式；

3)选定流动方式，确定流体的流动空间；

μ=1.758 75-0.047 18t-5.801 56×10-4t2+2.579 8×10-6t3 kPa·s

5)计算冷、热流体定性温度Td，并根据定性温度Td求取冷热流体物性参数，包括热传导系数λ、动力粘度μ、密度ρ、比热容Cp；

6)根据冷热流体流动空间选择，求取换热器平均温差△tm；

7)初选传热系数K1，并估算传热面积F1.

8)设计套管式换热器的结构，确定换热器内直径di、内管壁厚δi、外管当量直径de、内直径外管壁厚δo，进而确定换热器的传热面积F2和流通截面积A；

9)根据换热器结构和冷热流体流量，计算传热系数K和所需要的传热面积F.

10)对换热器进行传热校核，当F2/F在1.1～1.2范围内，进行阻力校核.否则，重新假定传热系数K1.

11)对换热器进行阻力校核，当换热器内管和外管压降小于允许压降时，打印计算结果，否则要重新假定传热系数K1，并调整结构.

2 计算过程

2.1 物性参数拟合

换热器的设计计算如热计算和阻力计算中，需要涉及到物性参数如热传导系数λ、动力粘度μ、密度ρ、比热容Cp.传统的换热器设计计算重要采取根据定性温度，通过物性参数表或图进行查取，工作量和设计误差较大，设计效率低.基于以上原因，对流体物性参数根据温度变化进行拟合，进而根据流体的定性温度求取物性参数.

针对流体物性参数随温度变化进行拟合得到函数表达式，在程序设计中，利用拟合公式求取流体的物性参数.以下以水为例对水的物性参数进行拟合.

3)热传导系数拟合

我国于2012年创建中国临床安全用药监测网（International Network For The Rational Use of Drugs，INRUD），采取自愿的原则，上报汇集全国范围内的用药错误案例。截至2015 年底，全国已有19个省市 657 家医院实现网络报告，共报告用药错误 11792例[4]。平均每家医院每年发生用药错误5.98例，比澳大利亚公立医院每年发生用药错误2.36例高出两倍之多[5]。应用自愿报告法获得的数据虽不能完全反映用药错误的实际发生率，但对于识别用药差错的错误来源，如特定药品、剂量、剂型和给药途径等方面具有重要的参考价值，且容易实施。

对于水的密度随温度变化的拟合函数表达式如式(1)所示，水的密度随温度变化如图1所示.

ρ=1 000.010 42+0.017 84t-0.005 89t2+1.561 77×10-5t3 kg/m3

城市天际线的概念最早由Montgomery Schuyler提出，用于描述19世纪末高层建筑兴建所形成的城市垂直空间景观。自此，城市天际线成为近现代城市设计理论的研究重点之一。 Kevin Lynch（1960）在《城市意象》中关于城市边界的理论阐述可以认为是城市天际线理论的基础[4]。Michael Trieb（1974）在《城市设计——理论与实践》中对城市天际线的构成形式进行了分析，为现代城市天际线的研究提供了理论依据[5]。Wayne Attoe（1981）提出天际线的美学体验取决于自身形式、周围环境及观赏者的主观解读3个因素，拓展了天际线认知理论[6]。

(1)

  

图1 水的密度随温度变化

2)动力粘度拟合

对于水的动力粘度随温度变化的拟合函数表达式如式(2)所示，水的动力粘度随温度变化如图2所示.

4)由热平衡式计算热负荷Q计算待求的冷热热流体流量mf或者冷热流体的出口温度Tf；

(2)

  

图2 水的动力粘度随温度变化

1)密度拟合

在3%接种量、72 h培养条件下，研究培养温度的影响，在37℃、42℃、47℃、52℃ 4个培养温度下测定酯化力的大小，培养结束后取出，40℃烘干，保持水分在14%左右，取出粉碎测酯化力，测定方法见1.2.1。每个温度做3个平行，重复3组实验。

对于水的热传导随温度变化的拟合函数表达式如式(3)所示，水的动力粘度随温度变化如图3所示.

U形弯管阻力为：

(3)

  

图3 水的热传导系数随温度变化

4)比热容拟合

(2)场地属强岩溶区，岩溶发育规律性差，采用桩基，施工期间交叉作业影响较大，需对桩基持力层做施工勘察。ZK29-ZK30-ZK31一线、ZK49-ZK66-ZK65三角区域，岩溶强发育，建议对该区域钻孔加强施工验证。

对于水的比热容随温度变化的拟合函数表达式如式(4)所示，水的比热容随温度变化如图4所示.

Cp=4.210 85-0.002 04t+3.089 16×10-5t2-9.615 38×10-8t3 kJ/(kg·K)

(4)

  

图4 水的比热容随温度变化

2.2 热计算

1)内管阻力

 

(5)

Q=KFΔtm

(6)

其中：和分别为热流体的进口温度、热流体的出口温度、冷流体的进口温度和冷流体的出口温度.

换热器的平均温差顺流和逆流求取如式(7)和式(8).

 

(7)

 

(8)

换热器传热系数K可由式(9)计算：

 

(9)

式中：αi和αo分别为管内和管外的对流换热系数，W/m2/℃；rs，i和rs，o分别为管内和管外的对流换热系数，m2·℃/W；λ为管壁的导热系数.

由于不考虑微尺度换热及自然对流换热，套管式换热器中流动换热一般为湍流对流换热，对流换热系数αi求取如式(10)所示.

 

(10)

式中：λ1，Re1和Pr1分别为流体的热传导系数、雷诺数和普朗特数.当流体被加热时，n=0.4，当流体被冷却时，n=0.3.

2.3 阻力计算

套管式换热器热计算过程中，主要涉及到热平衡式和传热方程式，分别如式(5)和式(6)所示：

套管式热交换器内管中阻力包括沿程阻力，弯管阻力和进出口连接管阻力等三部分.

通过划分风险等级、综合分析可知：高处作业、水上施工、用电施工等与普通施工场所变更的作业环节相比危险性较大，说明作业环境对风险项点的影响较大；由于正常施工、生产环境中接触的机械种类多，机械操作子类中的风险项点最多，体现了机具在现场安全管理中的重要性；由于作业环境基本不可变、机具本身特性固有，当二者相对固定后，可能造成不可接受后果的高度危险和极其危险大多数与施工人员的安全主动积极性有很大关联。

ΔPt1=ΔPi1+ΔPr1+ΔPn1

(11)

沿程阻力ΔPi1计算：

首先，应用型民办本科高校应聘请一些具有丰富教学经验的老教师，让这些老教师对青年教师传授经验，使其尽快成长。其次，应用型民办本科高校应加强与相关企业的合作，培养学生的实践能力。最后，应用型民办本科高校应举办相关的专业报告会，可邀请企业优秀人员到本校进行演讲，这对开拓教师视野来说很有帮助。

 

(12)

式中：fi为范宁摩擦系数，与Re有关；L1为管长，m；ρ1为管内工质密度，kg/m3；di为管子内径，m；U1为管内工质流速，m/s；μ1为管内工质粘度，kg/(m·s)；μw1为壁温下管内工质的粘度kg/(m·s)；n为管子数.

λ=0.550 51+0.002 77t-1.807 69×10-5t2+3.651 9×10-8t3 W/(m·K)

 

(13)

式中：ξ为U形弯管局部阻力系数，大小为0.582.

进出口连接管阻力计算公式为：

位于孝义河右岸，与浦口排闸隔河相望，河宽50m。孔深15m。闸基高程4.7～7.6m主要为第②1层粉土、第②层壤土，粉土构成地基主要持力层。粉土具中等压缩性，中等透水性，渗透稳定性较差。高程4.7m以下为第③层壤土，含大量腐殖质和贝壳、螺壳碎屑，局部呈淤泥质，工程性质相对较差。

 

(14)

2)外管阻力

套管式换热器外管阻力包括沿程阻力和进出口连接管阻力等两部分：

ΔPt2=ΔPi2+ΔPn2

(15)

沿程阻力ΔPi2计算：

 

(16)

式中：fi为范宁摩擦系数；L2为管长，m；ρ2为环隙间工质密度，kg/m3；de为环隙当量直径，m；U2为外管工质流速，m/s；μ2为外管工质粘度，kg/(m·s)；μw2为壁温下环隙间工质的粘度kg/(m·s)；n为管子数.

进出口连接管阻力计算为：

3.2.4 强化对单位内部控制的监督。单位应提高内部控制执行过程的管理，建立内部审计、外部独立审计和政府审计三者紧密结合的有效的监督模式。

 

(17)

3)壁温计算

告知患者家属多给予患者以沟通、交流，使其感受到来自家庭的温暖和关心，并积极支持、鼓励患者，有利于消除患者的焦虑、抑郁情绪[3] 。

对于沿程阻力的计算，需要考虑由于避温引起对粘度的修正.

放热侧壁温：

 

(18)

吸热侧壁温：

 

(19)

3 程序验证

以Microsoft Visual Basic 6.0为工具，进行套管式换热器计算机辅助程序设计

如图5所示为程序主界面图，从图5中可以看出，程序主界面主要包括4部分，分别为：

1)套管式换热器内管和外管流体进出口温度、工作压力及物性参数输入；

2)换热器结构参数选型及流速选择；

3)程序主要功能及操作命令部分；

工会会计在预算、支出方面存在一定风险。如：初始会计凭证不完整将会影响收入进项的明确性，进而导致具体核算中发生不明资金流向等问题，进而导致预算支出不合理、不规范。与此同时，在工会内部缺乏强有力的会计监督，管理力度不强，导致预算管理具有较强随意性。

程序的主要功能主要为物性参数计算约束、热力计算、阻力计算、强度校核、VB绘图、CAD绘图和参数说明及结果保存.

4)程序主要计算结果，主要包括套管式换热器内管、外管换热系数、传热系数、换热面积、平均传热温差、雷诺数和U型管数.

  

图5 套管式换热器计算程序初始参数主界面图

如图6所示为经过热力计算、阻力计算和强度校核后的计算结果显示，从图6中可以看出，换热器计算程序通过初选传热系数对换热器试算迭代，并分别对热计算、阻力计算和换热管强度进行了校核.

  

图6 套管式换热器计算程序计算结果主界面图

根据计算结果，套管式换热器可自动进行换热器工程图绘制，如图7所示为套管式换热器计算程序调用AutoCAD Application进行工程图的绘制，通过对图中结构尺寸进行测量，其结构参数与计算结果一致.通过图4～图6可以看出，套管式换热器计算程序可进行热计算、阻力计算、结构计算和强度校核，并根据计算结果进行工程图绘制，缩短换热器设计周期，提高设计人员工作效率.

  

图7 计算程序调用AutoCAD自动绘制工程图

3 结语

以Microsoft Visual Basic 6.0为工具，开发了套管式换热器计算机辅助程序，可进行热计算、阻力计算、结构计算和强度校核.在计算结果的基础上，调用AutoCAD Application进行自动绘图.缩短换热器设计周期，提高设计人员工作效率.

随着国家“一带一路”战略的实施，中国走向世界的步伐加快，文化的交流也显得尤为重要，国际学术文化、知识资源的相互交流与促进将成为科技发展的重要推动剂。党的十九大报告中指出推动文化事业和文化产业发展，推进国际传播能力建设，讲好中国故事，展现真实、立体、全面的中国，提高国家文化软实力。而国家学术文化、科技文化的发展能够展现国家科技的实力与水平。

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[4] 芮胜军，张 华，张庆刚，等.套管式冷凝器冷凝工质的分析研究[J].流体机械，2012，40(5)：63-66.

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