设计你的第一个空冷器.docx

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1、设计你的第一个空冷器01界面熟悉1.双击快捷图标，打开程序界面：HTRI启动界面2.创建一个“新的空冷器”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。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：包括热流体侧和空气侧；4.2 “Geometry”机械结构：包括管子、管束、风机等；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。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.我们从上到下依次来看需要输入的

2、参数：*为必要输入参数2.1 Fluid name 流体名称，这里没有红框，不是必须输入的，就是自己定义下流体描述比如“Propylene”“Oil”“Wet Air”等，要注意的是程序对中文字符不支持，那么大家多写写英文就是了本帖隐藏的内容2.2 Phase/Airside flow rate units 流体相态/空气侧的流量单位*2.3 Flow rate 流量不必多解释，热侧为质量流量。2.4 Altitude of unit(above sea level) 海拔高度*2.5 Temperature 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

3、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）。2.6 Weight fraction vapor 重量气相分率，那么全气相就是1，全液相就是0咯。2.7 Pressure reference 压力参照点，就是接下来你输入的操作压力值指的是进口压力还是出口压力。2.8 Pressure操作压力。2.9 Allowable pressure drop 允许压降，按照工艺条件来选择，一般热流体侧用kPa比较直观，而空气侧常常使用mmH2O。2.10 Fouling resistance 污垢热阻，是一个大于0的数，单位为mC/W (SI),

4、hr ftF/Btu (US),mC hr/kcal (MKH)。这里注意的是最好按照流体的实际情况来取值，如果取值过大意味着在换热器操作初期或介质其实很干净的情况下，换热器的余量会过大，反而影响了正常运行。2.11 Fouling layer thickness 污垢层厚度，通常认为与污垢系数有如下的关系图，不过通常设计时很少在此处输入数值。*2.12 Exchanger duty 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。2.13 Duty/flow multiple 负荷/流量系数，这

5、里其实提供了一个简化负荷变化核算的工具，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。3.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。03热流体物性参数输入1.对于空冷器的流体物性输入界面，因为冷侧是空气，所以只需对热侧的物性参数进行输入，如下图左侧目录。只有用Xace设计“省能器”时，冷侧介质不一定为空气，那么冷侧物性也需要输入。 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。本帖隐藏的内容 2.1 Fluid name 流体名称，在此可以填入热物流的英文描述，比如“Hot Oil”。 2.2 Phys

6、ical Property Input Option 物性输入方式的选项 User-specifiedgrid (Recommended) 用户自定义的物性表（推荐） 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非理想物性但通过实验、文献等手段能获得物性的方式，这种输入方式也是使用得最广泛。 由上图也可看出，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，最少要一组操作压力点下的参数。 Program calculated 由程序计算 输入物质组成，由程

7、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“Not Available”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。 2.3 Property Options/ Temperature interpolation属性选项之温度插值

8、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，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。 2.4 Fluid compressibility 流体压缩因子 如果没有输入，那么程序按理想气体计算。 2.5 Numberof condensing components 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。2.6 Pure component 纯物质程序默认在

9、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.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。-微信公众号HTRICN关注接下来的【Xace】设计你的第一个空冷器_04空冷结构参数输入04.0空冷结构参数输入1.今天开始我们来看一下空冷器结构参数的输入，如左边目录，进入“Geometry”页面，空冷器的主要结构包括，管束、风机、构架。右边显示的是总输入界面，罗列了结构的主要参数。 2.1对于型式（Unit type），程序分了4种： Air-Cooled Heat Exchanger -空

10、气冷却器 管外介质是空气，并配有风机。 Natural Draft Air-Cooler 自然对流式空气冷却器管外介质是空气，无风机强制空气循环，可以理解为风机停开的工况。 Economizer 省能器管内外的介质无限制，只是不适用于在高翅片管或螺旋翅片管外的蒸发和冷凝工况。 A-frame air cooler - A型空气冷却器管外是空气，适用于管内单相或冷凝的工况，采用水平与垂直的组合算法来计算传热和压降，若是冷凝工况最多设2管程，第2程上升冷凝采用的是回流冷凝方法来计算传热系数和压降。本帖隐藏的内容2.2对于空冷类型，程序分了4种： Horizontal水平 Vertical(top

11、inlet) 垂直上进 Vertical(bottom inlet) 垂直下进 Inclined倾斜2.3当类型为“Economizer”，省能器时，热物流就需要定义。 Inside tube管内走热流体 Outsidetube 管外走热流体2.4当类型为“A-frame air cooler - A型空气冷却器”，倾斜角选项会打开并需要定义，1-89度。Apex angle尖部角度，如图示意。2.5 Numberof bays in parallel per unit 每个单元并联的跨数量2.6 Numberof bundles in parallel per bay 每跨里并联的管束数量2

12、7 Numberof tubepasses per bundle 每个管束里的管程数在管子与管束的结构定义里：2.8管子类型分为1Plain光管、2低翅片管、3高翅片管、4连续翅片管。2.9再输入OD管外径、Wall thickness管壁厚、No. of tuberows管排数、odd/even rows奇排管数/偶排管数2.10管间距输入2.11管子型式包括：2.12风机的参数包括：Number of fans/bay -每跨的风机数，默认为2.Fan arrangement 风机的布置为1在下鼓风式，2在上引风式.Fan diameter 风机直径Fan ring 风机环3.当输入数据

13、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。04.1构架单元参数输入1.如左侧目录，我们点击“Unit”进入构架单元的参数输入，其上级目录为Geometry，在上一节中我们已经熟悉了许多关键参数的输入，这一级的页面是更进一步的输入。2.其他参数见上一节介绍。 2.1Flow type 流动形式 Cocurrent 并流 Countercurrent 逆流本帖隐藏的内容2.2 No. of services 多台空冷串并联2.3 Nozzle database / Schedule管口数据库/对应管道等级表包含了13种 ANSI、JIS、DIN、ISO标准数据库表文件

14、以及对应的管道等级表，选择适合你的。2.4 Entry type/Exit type 热物流进出管口型式，如图中示意，程序认为出口型式与进口一致。2.5 Tubeside nozzle inside diameter 管口的内径和外径，当然可以从各标准的列表中选择。2.6 Number of nozzle per bundle 每个管束的管口数量。3.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。04.2风机参数输入1.如左侧目录，我们点击“Fans”进入风机的参数输入。 2.Fan Information -风机信息本帖隐藏的内容 2.1Number o

15、f fans per bay 每跨的分机数量，默认值为2，“省能器”模型下为0。 2.2Fan diameter 风机直径，默认值是40%的管束面积被风机叶片覆盖。 2.3Radial fan tip clearance 风机叶片尖部空隙，用于压降计算。 2.4Total combined fan anddrive efficiency 风机总效率，用于计算电机功率。 2.5Fan manufacturer 风机制造商，通过输出程序计算的1风机直径、2风机进口空气密度、3空气流量、4进风型式、5进口温度这些参数，供厂商的程序选择合适的风机型号。 2.6Maximum sound pressur

16、e level 设置最大的噪音等级，以供选择厂商合适的风机。 2.7Number of fan shaft lanes per bundle 每个管束的风扇轴通道，程序定义的通道是均布于管束中的，如果是1个，那么就在中间；并且通道是没有空气通过的；同时通道与管子间没有间隙。 2.8Fan shaft lane width 风机轴通道宽度。 2.9如前节已解释：3.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。04.3其他选项设置1.如左侧目录，我们点击“Optional”进入其他选项的设置。2.下面我们分几个信息卡片，介绍下各参数的设置： 2.1 Steam

17、 coil present 蒸汽盘管有或无 2.2 Fan area blockage 风扇阻挡面积 2.3 Free area in hail screen 平面侧的自由面积 2.4 Free area in fan guard 风扇侧的自由面积 2.5 Louvers present 百叶窗有或无注：以上这些参数用于对附加压降的计算。2.6 Air Properties空气性质 Relativehumidity 相对湿度 Wetbulb temperature 湿球温度 Dewpoint temperature 露点温度 Maximum ambient temperature最大环境温度

18、Minimum ambient temperature 最小环境温度注：相对湿度、湿球温度、露点温度只需输入其一。2.7 Head Box管箱本帖隐藏的内容 Head Box depth 管箱深度 Head Box plate thickness 管箱隔板厚度 Head Box height 管箱高度 Head Box width 管箱宽度 Total tubesheet thickness 总管板厚度2.7 Tube Supports管子支撑 Number of intermediate 管架支撑数，1None无、2Program Set程序设、3User Set用户定义数量1-N。 Wid

19、th of intermediate tube supports管架支撑件宽度2.8 PlenumInformation 气室信息 Plenumchamber type气室类型，分1Box方型和2Tapered锥形。 Plenum height 气室高度，引风和鼓风定义如下： Ground clearance to fan blade 风扇叶片离地间隙，但在引风式中由于风扇叶片高于管束，那么指的是管束中心离地距离。 2.9 TubesideDesign 管侧设计参数，包括设计压力和设计温度。2.10 SteamAnalysis 流型分析，密封条的设置能防止部分在管束外循环流体，提高换热有效性。

20、若点选 Use stream analysis Yes，选择流型分析，那么以下选项被激活并可以设置： Pairs of seal strips 密封条对数量 Seal strip clearance 密封条间隙 Seal strip width 密封条宽度应该说本节的选项是对空冷设计更多细节的设置，提高计算准确性。04.4管束参数的输入1.如左侧目录，我们点击“Bundle”进入管束参数的设置。 2.1 Default bundle type 默认管束型式 如下图示清晰的表示6个选项的不同管束型式。本帖隐藏的内容2.2 Number of tuberows 管排数量 最高允许98排管，但是如果

21、太少，比如4排以下也不好。2.3 Tubes in odd/even rows 奇数排/偶数排的管子数量2.4 Tube form 管子型式 如前节所示，有直管，U管，S管。2.5 Clearance, wall to first tube 第一排管离管壁的距离，默认9.525mm.2.6 Tube layout 布管型式2.7 Bundle width 管束宽度2.8 Ideal bundle 理想管束选Yes，那么程序将不考虑管束与外壁的漏流。选No，那么程序将考虑流型分布，并稍微影响压降计算2.9 Tube Length 管子长度2.10 Additional unheated leng

22、th未加热管长度定义额外的没有换热的管长，比如在管板部分以及管子支撑部分。2.11 Total unfinned tube length 无翅片覆盖的管长2.12 Equivalent tube length intube bends for U-tubes U型弯的当量长度当选择U管或S管，那么此选项可填，程序按此进行压降计算。本节的选项是对空冷器管束更多细节的设置，提高计算准确性。04.5管子规格的输入1.如左侧目录，我们点击“Tube Types”进入管子规格的输入界面。1.1若空冷管束由多类型管子组成，在右边点击“Add”可以设置多种。 Tube Name管子描述 Tube Type管

23、子型式有1光管2低翅片管3高翅片管4连续翅片管 Tube Internal 管子内插件选项有1无（默认）2麻花件3微翅片2.点击“Tubetype1”进入管子详细参数的设置，分多张参数卡片：2.1 Tube GeometryTube type 管子类型Tube internals 内插件Tube material code 管子材料，包含几十种材料，也可以自定义材料Tube thermal conductivity 管子导热系数，若明确可输入Wall thickness 管子壁厚Tube OD 管子外径 Pitch 管间距2.2 LowFins、High Fin、Continuous Fins

24、的参数卡片Low Fins的参数可以从库中选，也可以输入1Fins per unit length每米的翅片数量；2Fin root diameter翅片根部直径；3Fin height翅片高度；4Fin thickness翅片厚度等参数来确定。HighFins的参数可以从库中选，也可以自定义。SerratedFins锯型翅片见下图：Rectangular方型翅片见下图：ContinuousFins参数输入如下：本节的选项是对空冷器管子更多参数的设置。04.6FJ曲线法定义管型1.如左侧目录，我们点击“FJ Curves”进入参数输入界面。2 FJ参数界面在空气侧和管侧都提供了两种输入模式。对

25、于光管有如下表达式：本帖隐藏的内容2.1第一种输入三组雷诺数下的，f因子与j因子的数值。2.2第二种输入f因子与j因子的表达式常数a和b，由程序来计算f因子与j因子的数值。3通过FJ曲线输入的方法可以用于特殊管型（非光管）的传热与压降计算，获得与实际贴合的设计，案例解说将对这部分内容作进一步的讲解。本节与上节是对空冷器管子更多参数的设置。04.7布管设计1.如左侧目录，我们点击“Bundle Layout”进入布管图。 2.一般布管图是在参数输入完整并运行一次后出现，然后就会根据输入不同动态更新布管，比如将目前显示的28布管数改为10，动态显示如下： 2.1 Number of tuberow

26、s/tubepasses 管束的管排数/管程数 管排数与管程可以不一致，如4排管子分6程的默认布管。 2.2Number of tubes in each odd/even numbered row 每奇数/偶数排管的管子数 可以定义不一致，一般也就定义差1根或2根。 2.3Clearance, wall to first tube 第一排管离壁的距离，默认9.525mm。本帖隐藏的内容3.User defined tube pass layout 用户自定义布管，当都选此选项，那么程序就允许用户按自己的自由意志来任意布管。 3.1双击其中一根管子，打开管子属性框，可以设置这根管子的1Tube

27、pass number程数，2Tube type管子类型，3Set wall clearance离壁间隙，4Set number of tubes管子数量。 3.2选中管子右键点击，可以设置更多布管的参数。 里面的菜单选项不少，是一些细致的设置，比如隐藏或显示布管下的表格，插入删除一排管子，一键更改整体布管布局，拷贝打印图，输出布管图包括图片和AutoCAD支持的格式，还可以在图旁添加文字说明等。不一一细说，自己点两下就明白了。按住Shift可多选管子，方便快捷操作，如选中上图的第2程管。本节介绍了布管的方式和一些技巧。05“Design卡片”设置1.如左侧目录，我们点击“Design”进入卡

28、片。 计算模式下分1 Rating校核；2 Simulation模拟；3 Classic design经典设计；4 Grid Design网格设计； 1.1在Rating模式下，除了足够的物流信息以计算热负荷外，以下结构参数是必须要输入的：Number oftubepasses 管程数Number ofrows 管排数Bundlewidth-管束宽度length 管子长度Pitch 管间距Layoutangle 布管角度Tubediameter 管径Tube wallthickness 管壁厚 1.2在Simulation模式下，同样需要校核模式下的结构参数，不过物流信息少，通过试算不同的热负

29、荷使程序收敛于0%附近的设计余量（物流信息足够计算热负荷的情况下与校核模式无两样）。 1.3在Classic design下，程序通过给定的结构参数计算出最经济的换热器尺寸，工艺条件是必须完整的外以下是必要的结构参数：length 管子长度Pitch 管间距Layoutangle 布管角度Tubediameter 管径Tube wallthickness 管壁厚 1.4在Grid Design模式下，需要规定一系列结构的限制条件，程序将按照给定的限制条件算出一系列的换热结果供选择和进一步优化。同Classic design一样需要输入那些必要结构参数。2.由以上两张图可看出，Grid desi

30、gn比Classic design有更多的自由度去定义结构参数。 以下参数都可以作为变化参数，输入最小值与最大值，以及步长，程序将计算出Total number of combinations总的排列组合数量。本帖隐藏的内容3.Constraints 限制条件3.1 Velocity 设定设计模式下的最低和最高流速。3.2 Pressuredrop allowed in inlet nozzles 限定进口管口的允许压降百分比，默认为10%。.3 Pressure drop allowed in outletnozzles 限定出口管口的允许压降百分比，默认为10%。4.Warnings 报警

31、信息 这里可以设置冷热侧物流管壁的最低和最高温度，当计算后壁问超过设定值的时候，程序将出现警告信息。本节是对“设计选项卡片”的设置介绍。06“Control卡片”设置1.如左侧目录，点击“Control”进入卡片选项，本节默认是不需要做输入的，不过为了大家对软件的角角落落都有认识，并对程序的“计算基础”有个感性认识，下面我们来浏览一下。 1.1 Case和Problem可输入工况和项目信息Methods/SpecifiedCoefficients 计算方法和系数规定1.2 Pure component 申明冷热物质是否纯物质，默认为否；1.3 Sensible liquid coefficie

32、nt 定义单液相传热系数，程序将按输入值来计算总系数；1.4 Sensible vapor coefficient 定义单气相传热系数，程序将按输入值来计算总系数；1.5 Phase change coefficient 定义相变传热系数，程序将按输入值来计算总系数；1.6 Condensationmethod 冷凝计算方法，包括以下几种，默认为RPM。关于各种方法的更进一步详细介绍见Xace高级教程部分。HTRI Proration (RPM)LiteratureComposition Profile (CPM)，不能用于像水和醇的溶液这样的极性物系RefluxRose-BriggsAmmo

33、nia-WaterHigh-FinDehumidification 1.7Boiling method 沸腾计算方法，包括以下几种，默认为“Phys prop/TBR”，关于各种方法的更进一步详细介绍见Xace高级教程部分。Phys prop/BRprop/SchlnderPhys prop/TBRHTRI Falling FilmChun-Seban Falling FilmReduced prop/BR2.Name卡片输入设备，提供输入文档和项目信息，以及备注等相关内容。3. Flow Maldistribution 流动不均，程序计算默认空气是完全均匀的穿过管束，当存在不均性时，可以通过

34、这个卡片来定义。一种是定义间隙等来估算不均性（Estimate maldistribution），另一种是将管束区域分为610的区域，定义每个单元格的相对速度来表示不均性（Specify maldistribution field）。如下图可以很好的表示在双风机的管束下，一台风机停止时的空气流动。注：零值要输0.4.Temperature Maldistribution 温度分布不均性同理如果进入管束底部的空气在不同区域温度不同（经验或实验），那么也可以定义其不均性。本帖隐藏的内容5.Method 计算方法，这个卡片是对冷热侧流体传热计算方法的非默认设置，就是让你在具体工况用更合适的公式或修正

35、因子来计算。详细解释也放在在高级教程中。6.Safety 安全量设置 6.1热侧流体的单相传热系数，冷凝传热系数等，程序将按输入值替代计算值来计算总传热系数。 6.2冷侧流体的单相传热系数，沸腾传热系数，临界热流密度，膜态传热矫正系数等，程序将按输入值替代计算值来计算总传热系数。 6.3传热系数因子，就是你认为某个传热系数应该如何矫正更符合实际，那么在此输入系数。 6.4管外以及管内摩擦系数矫正因子。7.User-Defined Methods 用户自定义方法，本节详解在高级教程中。8.User Controlled ConvergenceTolerances 用户定义的收敛偏差 总压降，默认

36、为前次值的20%。 总传热系数，默认值为1%。 负荷计算，默认为1%。 壁温计算，默认为0.1%。本节是对“Control卡片”设置的介绍。07空冷计算报告的阅读1.当一个工况运行完，程序将自动跳转到计算结果的“Output Summary”，跳转的页面如下： 整个的报告区，包含了多种报告。2.Output Summary 输出结果概览* 这个部分显示的是计算的主要参数，以便于迅速的查看和重新修正输入。3.Run log 运行日志* 显示程序运行状态，收敛的过程。提示运行完毕，是否收敛，计算时长等。4.Runtime Messages 说明及报警信息* 这里将类似于一个专家系统的提示信息，包括

37、程序对一些不合适数据的处理，计算结果的校核，给出一些提示。这里的信息对于修正和优化换热器的设计非常有帮助是很重要的参考报告。本帖隐藏的内容5.Final Results 最终结果报告* 这个报告包括了4页（Xace），显示足够多的设计信息，可以作为完整报告的格式。6.Outside Incremental Monitor 管外侧单元格监控*这个报告显示管外侧每个计算单元格（Xace将管束区域分为N个单元格进行换热和压降的计算，积分得到整个换热器的换热和压降结果）的各参数值，方便设计人员细致研究参数的变化情况。7.Tubeside Incremental Monitor 管内单元格监控* 同上，

38、这个报告是对管内各单元格的参数监控器。8.Temperature Profile Monitor 温度分布监控* 这个报告的结构非常形象的表示了整个空冷管束的温度和压力分布情况，灰底色表示管内，白色表示管外空气。空气温度从最底下的38度至顶上的平均约82度，管内气体从左上角的260度至左下角的48.9度，清楚得表示了温度场和压力场分布。9.Pressure Drop Monitor 压力降监控* 这个表就是显示每排管的压降，若管束为多区域，每个区的压降分布不同，那么程序也会像温度分布一样给出详细的压降分布。10.API 661 Spec Sheet API标准报表* 这张表格的格式是API66

39、1的标准格式，通用性强，可作为规格书。11.Properties Profile Monitor 物性分布监控*这张表可以检查物性的连续性和合理性，数据密度较高，不过用的不是很多。12.Stream Properties 物流性质* 这张表很简洁清晰的表示了热侧和冷侧（各一张表）的进出口温度下的物性值，经常用于校对与热曲线输入方式下的偏差。13.Input Reprint 输入重打印* 这张表就是重新显示一下输入值，基本不去看。注：报表的重要等级*表示经常关注；*一般关注；*较少关注。本节浏览了计算报告的分类，对报告的细致查看对空冷器优化设计有很大的帮助。基于目前对报告中具体参数合理与否以及如何与工程经验相结合尚没有系统的整体，可以在论坛或微信公众平台上讨论交流。- 63 -