基本信息
- 项目名称：
- 组合式连续螺旋折流板换热器软件设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品是以新型螺旋折流板换热器为设计模型，采用粒子群算法为优化算法，通过Delaware算法得到热力设计结果，建立外部驱动程序，运用Inventor API技术实现换热器零部件标准化处理及可视化编辑操作。 用户只需输入换热器的运行工况，即可得到热力设计、目标优化、零部件尺寸设计的结果，并获得Inventor平台上的零部件3D图和2D工程图，实现了换热器从热力计算到工程图纸绘制的一体化、无纸化设计。
- 详细介绍：
- 作为在化工、石油、电力及能源等高能耗工业部门中重要环节的换热设备，换热器的开发设计至关重要。一款高性能换热器能有效地提高上述部门的能源利用率；同时，由于换热器的设计和开发占有相当比例的资源，设计开发效率的提高也可大幅增加资源的利用率。 本作品是以新型组合式连续型螺旋折流板换热器为设计模型，开发一款换热器设计软件。软件采用粒子群算法为核心优化程序，通过经典的Bell-Delaware算法得到热力设计结果，建立外部驱动程序，运用Inventor API技术实现换热器零部件标准化处理及可视化编辑操作。这样，用户只需输入换热器的运行工况，即可得到热力设计、目标优化、零部件尺寸设计的结果，并获得Inventor平台上的零部件3D图和2D工程图，实现了换热器从热力计算到工程图纸绘制的一体化、无纸化设计流程，为工业研发设计的发展提供了依据。 本作品的创新点主要包括：1.针对现有换热器设计软件无法实现的新型专利技术换热器，开发出相应的设计研发软件；2.集优化计算、热力设计、机械设计等功能为一体，实现了多功能的软件集成；3.结合Inventor API技术，为用户提供了强大的结果加工功能，实现设计结果的3D可视化编辑操作。 相关研究证明，新型组合式连续型螺旋折流板管壳式换热器相比于同类的管壳式换热器，换热效率可提高10%以上；通过软件设计，该种新型换热器的设计开发周期可大大缩短，并加快这种换热器的推广应用。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作为在化工、石油、电力及能源等高能耗工业部门中重要环节的换热设备，换热器的开发设计至关重要。一款高性能换热器能有效地提高上述部门的能源利用率；同时，由于换热器的设计和开发占有相当比例的资源，设计开发效率的提高也可大幅增加资源的利用率。 本作品是以新型组合式连续型螺旋折流板换热器为设计模型，开发一款换热器设计软件。软件采用粒子群算法为核心优化程序，通过经典的Bell-Delaware算法得到热力设计结果，建立外部驱动程序，运用Inventor API技术实现换热器零部件标准化处理及可视化编辑操作。这样，用户只需输入换热器的运行工况，即可得到热力设计、目标优化、零部件尺寸设计的结果，并获得Inventor平台上的零部件3D图和2D工程图，实现了换热器从热力计算到工程图纸绘制的一体化、无纸化设计流程，为工业研发设计的发展提供了依据。 本作品的创新点主要包括：1.针对现有换热器设计软件无法实现的新型专利技术换热器，开发出相应的设计研发软件；2.集优化计算、热力设计、机械设计等功能为一体，实现了多功能的软件集成；3.结合Inventor API技术，为用户提供了强大的结果加工功能，实现设计结果的3D可视化编辑操作。 相关研究证明，新型组合式连续型螺旋折流板管壳式换热器相比于同类的管壳式换热器，换热效率可提高10%以上；通过软件设计，该种新型换热器的设计开发周期可大大缩短，并加快这种换热器的推广应用。
科学性、先进性
- 目前，在换热器软件领域，国外商业软件有HTRI及HTFS等，已经能够实现优化设计计算、震动频率计算等功能，而且具有完备的物理属性包和标准零件库，但其辅助绘图功能相对简单，零件不符合国内设计标准，无法适应新型换热器的设计；国内方面，换热器设计软件较多，但功能单一、辅助绘图能力严重不足。本作品在在新型螺旋折流板换热器的基础上，旨在克服以上软件的缺点，进行软件开发。 软件热力设计部分，采用改进Bell-Delaware的设计方法，取得了良好的效果；优化计算部分，采用粒子群算法，进行多目标优化计算；零件设计部分，参考国家标准，使得零件系统化、标准化，降低零件生产成本；图形绘制部分，创新采用Inventor API技术开发绘图功能，这样，利用软件计算生成的零部件3D及2D图，可用于热力、流动分析，也可直接用于生产制造，增强了软件的通用性。 相关研究证明，利用该软件所设计出来的新型换热器相比于同类的管壳式换热器，换热效率可提高10%；设计换热器所需时间在5分钟以内，设计效率得到大幅提高。
获奖情况及鉴定结果
- 西安交通大学2010年“节能减排创意大赛”一等奖 西安交通大学第十四届“腾飞杯”课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 模型，图纸，磁盘，现场演示，图片，录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在本作品中，用户只需输入该换热器的运行工况并确定所需要的优化目标及参数，软件就可以计算出所需要的热力设计参数、零件3D和2D图形等，操作简单，运行速度快。 软件将设计计算与绘图输出连接起来，实现新型换热器的无纸化、一站式的设计研发。 国内市场尚无功能丰富的设计软件，而国际市场上大型换热器设计软件需要较高的使用费用，中小型企业难以承受。由于在该软件架构之下，可以添加如多种换热器的设计功能，也可以添加其他类似的工业产品。该软件易开发、应用广、通用性好的特点，适用于高等院校及科研院所等科研单位进行新产品的设计，也可为中小企业的产品生产运行企业提供技术支撑。因而，该软件有着广泛的使用空间和市场前景。
同类课题研究水平概述
- 近年来，高新技术促进着传统工业的换代升级，尤其是计算机技术的推广普及促进了换热器CAD技术的发展，计算机逐渐取代手工计算成为一个重要的工具和手段， 国外换热设备CAD技术起步早，有一些大型软件已经大量用于工业生产，目前比较常用的有HTRI、HTFS、B2JAC、THREM、CC2Therm 和HEATDESIGN等设计软件包。其中，HTFS.TASC可对多种管壳式换热器进行计算，并将传热和机械强度计算融为一体，并可提供管束排列图。HTRI Xchanger Suite则包含了换热器及燃烧式加热炉的热传递计算及其他相关的计算软件。国内方面，也有专门的研究机构、个人在换热器的设计应用方面开展研究并取得了一定的成果，开发了各类型的换热器计算、选型、绘图软件。 在上述国内外研究成果中，均无法适应新型组合式螺旋折流板管壳式换热器的设计。而且，换热器CAD软件内容比较单一，或偏重于设计计算，或偏重于绘图输出，二者是分开的。由于由不同单位开发的换热器CAD软件采用不同的系统，软件、硬件条件差异较大，很难将他们的成果统一应用，尤其是将设计计算与绘图输出连接起来。而在换热器设计过程中，热力设计和加工图纸绘制是换热器运用于工程实际前的两个重要阶段。当这两个阶段是分开进行时，针对不同的热力设计结果时，需要进行大量重复性的工作，工作效率很低。而在将这两个阶段相结合的方面，国内外均鲜有先例。 开发小组在以西安交通大学热流中心新一代高效换热设备研究组开发的新型管壳式换热器的基础上，开发一款软件，它既可以适应新型换热器的热力设计，又可以实现设计零件的二维、三维可视化，具有开创性的意义。这样，一方面为这种新型换热器商业化的推广和运用提供支持，另一方面为国内机械设计软件提供一种新的理念，实现换热器设计研发的无纸化。
