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HTRI学习1
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_01界面熟悉
2014-07-03 HTRI论坛
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_01界面熟悉
1.双击快捷图标,打开程序界面:
HTRI启动界面如下
:
2.创建一个“新的管壳式换热器”
3.设置自己熟悉的一套单位制,比如MKH公制,也可以通过来自定义。
3.1如何自定义单位制,进入,选择设置自定义单位制的名称“MyUnits”;选择参照单位制(ReferencesetName),程序默认有三套单位制1US美制,2SI国际标准值,3MKH公制。
国内选SI或MKH,将与你最常用的单位不一致的,可去掉勾选,然后选择你所需要的如下图。
3.2保存退出后,即可在单位制选项中出现“MyUnits”。
4.接下来就是将界面中的“红框”也就是缺少的参数按你将要设计的工况填写完整,包括如下几部分的数据,
4.1“Process”工艺条件:
包括热流体侧和冷流体侧;
4.2“HotFluidProperties”、“ColdFluidProperties”热流体物性,冷流体物性;
4.2“Geometry”机械结构:
包括壳体结构尺寸、管子、折流板、管口、布管等。
5.当输入数据足够所有的红框消失,那么初步的输入就完成了,可以点击"绿灯"图标运行。
说明一点,HTRIXist_v7的界面与v6有明显的改变,新版本的布局以TEMA表的基本布局为依据,将工艺参数和物性参数输入提前,结构输入放后面,习惯v6的将不太适应这样的变化,不过对于新用户和对TEMA表熟悉的用户这个改变也非常的合适,所谓IT界常说的“所见即所得”。
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_02工艺参数输入
1.点击左边目录栏的“Process”标签,右边显示的就是供工艺参数输入的界面:
2.我们依次来了解下需要输入的参数:
2.1Exchangerservice– 换热器类型
包括如下几种类型:
默认为Genericshellandtube- 通用管壳式
@Floodedevaporator– 浸没式蒸发器
@Thermosiphonreboiler– 热虹吸式再沸器
@Forcedflowreboiler– 强制循环再沸器
@Once-throughreboiler– 一次通过式再沸器
@Kettlereboiler– 釜式(K式)再沸器
@Fallingfilmevaporator–tubeside– 管侧降膜蒸发器
@Refluxcondenser–tubeside - 管侧回流冷凝器
@Refluxcondenser–shellside– 壳侧回流冷凝器
非必选项,如果你确定选定某种类型,那么程序将自动设置适用的计算公式,并打开或关闭某些参数选项。
3.HotfluidlocationShellside/Tubeside – 热流体位于壳侧/管侧,默认为热壳。
本帖隐藏的内容
4.以下是冷热侧流体工艺条件输入:
4.1Fluidname –流体名称,这里没有红框,不是必须输入的,可定义流体描述比如“CH4”“Hydrogen”等,要注意的是程序对中文字符不支持。
4.2Phase– 相态,可选择1Condensing热侧冷凝/Boiling 冷侧沸腾,2Allvapor全气相,3Allliquid全液相,4Twophase/Nophasechange。
不过可以不用做选择,程序将根据你输入的工艺参数,自动判断,比如输入的气相分率为inlet1,outlet1,那么就是Allvapor。
4.3Flowrate– 流量,质量单位
4.4Weightfractionvapor –重量气相分率,那么全气相就是1,全液相就是0。
4.5Temperature – 流体的温度,单位°C(SI,MKH), °F(US),这里要注意的是想输入0度,那么请填0.001,不然0或0.0的输入都将被程序认为是没有输入(这个原则在HTRI程序的其他地方也适用)。
4.6Operatingpressure – 操作压力。
4.7Allowablepressuredrop – 允许压降,按照工艺要求来输入。
4.8Foulingresistance – 污垢热阻,是一个大于0的数,单位为m²°C/W(SI),hrft²°F/Btu(US),m²°Chr/kcal(MKH)。
4.9Foulinglayerthickness –污垢层厚度,通常设计时很少在此处输入数值,这里的输入值将直接影响管内流通面积,增大压降。
4.10Exchangerduty – 换热负荷,如果上面的参数输入满足了计算出换热负荷,这里就不必要再输入,如果在此输入了确定的负荷值,那么程序将以输入值为准来计算换热流体的出口温度。
4.11Duty/flowmultiple – 负荷/流量系数,这里提供了一个负荷变化核算工具,比如要核算110%负荷的运行工况,那么只需要在此填入“1.1”,而不必要去修改输入的流量值
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_03.0冷热物性输入
1. 点击左边目录栏的“HotFluidProperties”标签,右边显示的就是供工艺参数输入的界面:
2.下面我们按从上到下的次序来看看都需要定义那些参数。
2.1Fluidname – 流体名称,在此可以填入热物流的英文描述,比如“C3H6”“Syngas”等。
2.2PhysicalPropertyInputOption – 物性输入方式的选项
@Userspecifiedgrid – 用户自定义的物性表
就是填入在一定温度范围和一定压力范围内的包括,密度,粘度,导热系数和热容等必要物性的表,这种输入方式适用于从1模拟软件导入物性,2软件的“物性生成器”自生成或3非理想物系但通过实验、文献等手段能获得物性的方式,这种输入方式是使用得最广泛的。
程序最多支持输入30个温度点,最多支持12组压力点;而最少需要3个温度点,最少需一组操作压力点下的参数。
*PropertyGenerator… – 物性生成器见下节介绍。
@Programcalculated –由程序计算
输入物质组成,由程序通过特定的热力学方法计算出需要的物性,这种输入方法通常用于组成清晰,每种物质在程序物性库中都存在,并且用混合规则计算的物性准确。
可以这么说,是适用于纯物质或理想混合物。
程序自带的物性库包括“HTRI”、“VMG”,如果你有其他模拟软件的授权,就有对应的接口,灰色的“NotAvailable”就会消失变得可用。
通常由HTRI内嵌的VMG物性库就很够用啦~
@Combination – 组合
是两种输入方法的组合,在输入组成的条件下,同时又通过物性表来定义了一部分物性,这种方式用得较少。
2.3PropertyOptions/Temperatureinterpolation – 属性选项之温度插值方法
@Program – 程序默认,也即是“Quadratic”。
@Linear – 线性,以直线连接温度点,中间点的物性就由斜率计算出。
@Quadratic – 二次式,计算三点温度的表达式,中间点的物性就由此二次式计算出。
*这里需要注意的是
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,对于外推的物性,程序都是以对最外端两个温度点线性的方式外推计算的。
2.4Fluidcompressibility – 流体压缩因子
如果没有输入,那么程序按理想气体计算。
2.5Numberofcondensingcomponents – 可冷凝成分数量
定义1个或多个可冷凝成分,程序将修正冷凝相变的传热计式。
2.6Purecomponent – 纯物质
程序默认在计算冷凝时加入适当的阻力系数来体现多组分冷凝过程,如果在此定义为“Yes”纯组分,那么这个修正的阻力系数将不体现。
3.对于冷侧物流物性的输入同热侧流体输入方式完全一样。
4.当输入数据足够,所有的红框消失,那么初步的输入就完成了,可以点击“绿灯”图标运行。
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【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_03.1物性生成器的使用
1. 点击左边目录栏的“HotFluidProperties”标签,在右侧点击“PropertyGenerator…”,进入物性生成器界面。
1.1“物性生成器”是通过第三方的物性库以及混合规则方程,生成一定温度范围和压力范围下的流体传递物性的工具,并可以导入到程序的物性表中。
程序自带有“VMGThermo”物性包,直接可用,其他第三方物性库需额外授权。
(关于与第三方软件的配置将在“程序运行环境配置”中讲解)
1.2 选择“VMGThermo”,进入热力学方程的选择,一般的非极性物性选择默认即可。
热力学选择的原则可参考群共享文件“热力学计算方法选择”。
1.3 进入“Composition”卡片,在输入框能输入物质的分子式“N2”、“H2”,或名称“Nitrogen”、“Hydrogen”都可以跳出对应的物质,回车后即可输入。
较复杂的物质可以通过右侧的“FindComponent”查找。
@Add– 添加选中物质;
@Delete– 删除你原本选入物质列表中的物质;
@Order–重排你原本选入物质列表中的物质;
@Normalize– 将物质组成百分数归一化,如下如所示。
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1.4 进入“Conditions”卡片,是物性生成的条件定义。
1.4.1TemperaturePointMethod– 温度点输入
@Userdefinedtemperatures– 用户自定义温度点,就是按一个压力点下输最多30个温度点来生成物性,最多可输入12个压力点。
@Propertysets– 定义压力点下的最低和最高温度,以及生成的点数量。
当然还可以定义B泡点、D露点以及SC过冷度和SH过热度。
@PropertyGrid– 定义压力和温度范围,以及定义气相分率的基础和压力点数量,温度点数量。
1.4.2PointIncrementMethod– 生成点方式
@EqualTemperature– 等温度点,这种方式最适用于单相。
@EqualVaporfraction– 等气相分率,这种方式最适用于两相。
@EqualEnthalpy– 等焓变,这种方法普适,为程序默认。
1.4.3FlashMethod
@Differential– 差分式,以相分离来计算冷凝时除去液相后的气体物性,沸腾时除去气相后的液体物性,这种方式在多程的相变计算中常用。
@Integral– 积分式,以气液均匀混合来计算物性,这种方式在剪力控制无法气液分离的情况下常用。
对于单相两种方式计算的物性无差别。
此为默认选项。
1.4.4
@Create2-phasetemperatureweightedzones– 创建两相温度和重量分率分布,对于负荷非线性变化的相变将更准确。
@Adjustcalculatedpoints– 调整坏点
@Insertbubblepointifintemperaturerange– 插入泡点
@Insertdewpointifintemperaturerange– 插入露点
@Generatelatentheat– 生成潜热
1.4.5SupercriticalConditions– 超临界条件
@Criticalpressure– 临界压力,定义超临界的压力值
@Supercriticalphase– 超临界相态,定义超临界时流体归于哪一相
定义完整后,点击“GenerateProperties”,生成物性表,结果在“Results”卡片中显示。
可将生成的物性做以下处理:
@Transfer… 填入程序,我们就是需要这么做。
@Print…打印
@Export…输出至Excel表
@Graph…绘制图表(关于Graph将有专题讲解)
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.0结构参数的输入
1. 点击左边目录栏的“Geometry”标签,进入结构参数输入的总界面。
2. 管壳式换热器主要结构参数分1壳程结构,2折流板相关参数,3管程结构。
2.1TEMA管壳式换热器的壳体结构由前端、壳体、后端组成。
2.2OD– 壳体外径
2.3ID– 壳体内径
2.4Orientation– 壳体方向
@Horizontal– 水平
@Incline– 倾斜1~89度
@Vertical– 竖直
3.1折流板的型式(*关于折流板的选型将有专题讨论)
3.2Orientation– 折流板切割方向,如下如示意是指切割线与流体流向的对应
3.3Cut–折流板切割率,是切割弓形的弓高/壳体内径%,对于单弓通常是15~35%的数。
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3.4Spacing– 折流板的间距,只中间部分。
入口间距及出口间距在“Baffle”卡片进一步定义。
4.管子参数的输入
4.1Type–管子型式
4.2Length– 直管管长,国标一般取1.5,3,4.5,6,9,12m等1.5m的倍数长度。
4.3TubeOD– 管子外径,最常用19mm,25mm。
请查阅GB151。
4.4Pitch– 管间距,最常用25,32mm。
一般为管子外径的1.25倍以上。
4.5WallThickness– 管子壁厚。
4.6Layoutangle– 布管角度。
4.7Tubepasses– 管程数
4.8Tubecount– 管子数,直管数量,1根U型管算2。
本节介绍了结构主界面的参数输入。
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.1壳体参数输入
1. 点击左边目录栏的“Exchanger”标签,进入壳体参数输入界面。
1.1TEMAType–TEMA型式,选型参照上节(04.0结构参数的输入)介绍。
1.2ShellDiameter– 壳径,见上节介绍,即OD壳体外径,ID壳体内径,需要指出的是对于热力学计算更多关心的是内径。
对于准确估重外径就是必要的。
1.3ShellOrientation– 壳体布置,即水平,垂直,倾斜。
@对于垂直,有进口位置在1Bottom底部,2Top顶部。
@对于倾斜,角度可设置1~90度。
2.MultipleShells– 多壳体
@Numberofshellsinparallel– 并联台数,可设置1~99台。
@Numberofshellsseries– 串联台数,可设置1~99台。
@Multi-ShellConfiguration– 当串联台数大于等于2时,需要设置如下:
3.FlowDirection– 流向
@Flowin1stTubepass– 第一程逆流(Countercurrent)或并流(Cocurrent)。
@Flowintrain– 多台串联时逆流(Countercurrent)或并流(Cocurrent)。
4.ConstructionData– 结构数据
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这张卡片的参数默认是不需要设置的,程序默认管壳侧的材质均为碳钢即可满足换热器的热力学设计。
而对于其他各部件的材料选择,则对于估重以及TEMA表数据完整性意义更大。
这也是V7版本区别以前版本的巨大变化之一,不过不排除HTRI后续版本加强应力计算等机械设计的可能性。
选择材料最常用的70多种,整个材质库有近500种材料。
部件不一一列了,不过以下几个参数可注意:
4.1DesignInformation– 设计参数,包括设计压力,温度,以及腐蚀余量等。
4.2Tubesheets– 管板厚度
这些参数的输入由于影响有效管长,将影响计算的有效换热面积。
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.2管子参数输入
1. 点击左边目录栏的“Tube”标签,进入管子参数输入界面。
2.1Type– 管子型式
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当然UOP的高通量管只有在经过授权才会出现选项。
2.2Tubeinternals– 管子内插件
@Twistedtape– 麻花内插件
@MicroFin– 微翅片管
2.3TubeOD– 管子外径,对于低翅片管指的是光管部分的外径。
2.4Averagewallthickness– 平均壁厚,对于低翅片管指的是内径至光管部分的厚度。
对于薄壁管,点击[…],可调出BWG(Birminghamwiregauge伯明翰线规)的平均壁厚表,如下,数字越小厚度越大。
3.1TubePitch– 管间距,最常用25,32mm。
3.2Ratio– 管间距与管外径比值,一般为1.25以上。
4.1Tubelayoutangle– 布管角度,定义如下:
4.1Tubepasses– 管程数,流体在管束内折返的次数。
4.2Length– 直管管长,国标一般取1.5,3,4.5,6,9,12等1.5米的倍数长度。
4.3Tubecount– 管子数,直管数量,1根U型管算2。
4.3Rigoroustubecount– 严格管子数,将这个选择框打勾,程序将显示含每根管子的严格布管图,而忽略输入的管口与第一排管的高度值;不打勾,那么程序将计算布管区的面积来计算能布置下的管根数,会参考输入的“管口与第一排管的高度值”。
5.1Material- 管子材料,可选70多种常用材料,近500种库材料。
如果库中还没有所需材料,可以自行输入材料包括:
5.2Thermalconductivity– 导热性
5.3Density– 材料密度
5.4Elasticmodulus– 弹性膜数
5.5Taperangle(forRefluxCondensation)– 锥角,在回流冷凝计算中,管子锥角利于导液,角度定义如下:
本节介绍了管子参数输入。
【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.3折流板参数输入
1. 点击左边目录栏的“Baffles”标签,进入折流板参数输入界面。
2. 主要分为Bafffle折流板、Supports支撑板、VariableSpacing自定义折流板间距、LongitudinalBaffle纵向隔板4个卡片。
2.1BaffleType– 折流板型式如下:
2.2Cutorientation– 切割方位,是指切割线与流体流向平行或垂直
2.3Cut–折流板切割率,是切割弓形的弓高/壳体内径%,对于单弓通常是15~35%的数。
2.4Windowarea– 也可以选择切割面积比例来定义切割率。
2.5Adjustbafflecut– 对于单弓型折流板,调整切割线的位置。
@Programset– 程序默认为切割线在两排管子间的中线。
@Noadjustment– 不做调整,计算值在哪就切哪。
@Ontubec/l– 在管子的中心线,即将管孔一分为二。
@Betweenrows- 切割线在两排管子间的中线。
2.6BaffleSpacingCentral– 折流板的间距,指中间部分。
入口间距及出口间距在“Baffle”卡片进一步定义。
2.7InletSpacing– 进口间距,即管板与第一块折流板间距离。
2.8OutletSpacing– 出口间距,即管板与最后块折流板间距离。
2.9BaffleSpacingVariable– 勾选后即可定义每块折流板的间距。
Miscellaneous- 杂项
2.10Double-seg.Overlap– 选择双弓折柳板时,前后两种板型重叠的管排数,默认重叠2排管。
2.11Thickness– 折流板的厚度,默认值如下表:
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2.12Thicknessattubehole– 对于非钻孔,而是冲孔的制造工艺来说,管口位置的厚度与折流板整体厚度不一致。
默认为一致,这个值A型流产生明显影响。
2.13Windowscutfrombaffles– 设置是否在将折流板在窗口部分保留
2.14Distancefromtangenttolastbaffle– 定义U型管时,最后一块折流板至U型弯切线距离,默认为0.
2.15RhoV2forNTIWcutdesign– 定义窗口的RhoV2(冲量),默认值为7440kg/ms²,这个是半经验值,程序按此来计算窗口切割率,不过输入值的情况下,将按此来计算。
2.16CentralpipeOD– 在螺旋折流板设计时,以前的设计会考虑中心管,程序默认为无中心管。
由于中心管并不提高换热性能,不推荐使用中心管。
2.17Helicalbafflecrossingfraction– 定义螺旋折流板的交叉角
2.18Usederesonatingbaffles– 设置防声振隔板,选Yes的效果是,将忽略声振动,一般一块设置在0.45直径处,第二块设置在0.18直径处,这些地方的管子需要手动删除。
支撑板的设置
3.1Floatingheadsupportplate– 浮头支撑板
3.2Supporttoheaddistance– 支撑板与浮头之间的距离
3.3 FullsupportatU-bend–U型弯处设置全支撑板
3.4Supportplates/bafflespace– 每个流程之间设置支撑板数量,这个值将作为振动计算的依据。
3.5Includeinlet