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密级________________

管壳式换热器管板参数化设计软件

说明书

院（系）名 称：化学化工与生命科学学院

专 业 名 称 ：化学工程与工艺

学 生 姓 名 ：潘嘉晟

指 导 教 师 ：史彬 副教授

二〇一七年五月

目 录

第1章 引言 1

1.1 换热器基本介绍 1

1.2 研究背景 1

1.3 应用软件介绍 2

1.4 开发软件介绍 2

第2章　软件概述 4

2.1 软件功能 4

2.2 运行环境要求 5

2.2.1 硬件要求 5

2.2.2 软件要求 5

2.3 SolidWorks二次开发原理概述 5

2.3.1 SolidWorks 的API接口 5

2.3.2 SolidWorks API对象模型 5

第3章　软件内容说明 7

3.1 操作界面 7

3.2 程序代码说明 11

3.2.1 管板模型的形成 11

3.2.2 横向间距与垂直间距的确定 15

3.2.3 点阵的形成 16

3.2.4 根据流程形式重新安排点阵 20

3.2.5 拉杆规则 25

第4章 软件的使用方法 37

致谢 42

附录 43

引言

1.1 换热器基本介绍

管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器不仅结构简单，而且操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，更能在高温、高压的条件下使用，是目前应用最广的换热器类型。

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）等部件组成。壳体大多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，可以在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按正三角形或正方形排列。正三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过一次管束称为一个管程；每通过一次壳体称为一个壳程。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用，以提高换热效率。

1.2 研究背景

近年来，随着工业生产规模的不断扩大，市场竞争愈发的激烈。在换热器生产方面，企业对其提出的要求也越来越高。虽然管壳式换热器的设计方法不断成熟，相关标准日趋完善，然而由于各企业运行工况的不同，换热器一般不能进行批量生产，必须根据用户的需求有针对性的开发设计。

各企业要生产出符合实际情况的换热器，其开发设计过程是十分复杂的。不仅工作量十分巨大，而且设计周期长，效率低。显然，用计算机辅助设计可以解决这些问题，提高生产效率的同时也缩短设计周期。

管壳式换热器计算机辅助设计的重点是管板图的绘制。这是一项繁琐的工作，即使交给一名优秀的工程设计师，让他用电脑绘图软件绘制出一幅符合生产要求的三维管板图，那也需要花三五个小时甚至一整天的时间来完成。虽然已经有人在换热器计算机辅助设计方面做了大量的研究与开发工作，国内外都有了各种成型的软件，但是国外的设计和制图标准与国内不同，无法直接使用国外相关软件，而国内研究主要针对二维参数化设计，尤其是二维布管的研究较为成熟，三维造型却很少有人涉及。随着计算机技术与编程语言功能的不断强大，软件的功能与实用性也要相应的增强。因而，管壳式换热器三维布管的参数化设计是我们目前研究的重点。自动绘制管壳式换热器管板三维图的设计软件的开发自然也成为了各家换热器生产企业研究的重要目标。

1.3 应用软件介绍

目前常用的绘图软件有Photoshop、Adobe image、AutoCAD等，而几乎所有企业用的都是SolidWorks这款软件，这里有其必然的原因。

SolidWorks是一款强大的3D CAD设计软件，被众多的制造与加工企业所青睐。它不仅有着方便快捷的操作界面，同时也拥有其他软件无法匹敌的强大功能。它的优点主要有以下几点：

1. 全Windows界面，操作便捷；
2. 清晰、直观、整齐的“全动感”的用户界面；
3. 灵活的草图绘制和检查功能；
4. 强大的特征建立能力和零件与装配控制功能；
5. 快速生成符合国标的工程图；
6. 分析能力；
7. 支持工作组协同作业；
8. 多产品策略，基于Windows平台的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统。

SolidWorks软件的一个重要应用就是API接口。利用其API接口，我们就可以实现SolidWorks软件的二次开发。在换热器管板设计方面，主要使用的是VB.Net对SolidWorks进行二次开发。

1.4 开发软件介绍

VB是Visual Basic的简写，是可视化的编程语言，是一种简单、高效的开发应用软件的工具。使用VB语言编程有以下几个优点：

1. 功能强大，可以与Windows专业开发工具相媲美；
2. VB始终是最高效、开发成本最低的强大的开发工具；
3. 简单易学、效率高：使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，使用动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据链接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件。

本软件即以SolidWorks作为平台，利用VB.Net对管壳式换热器管板进行三维参数化计算机辅助设计，以根据用户输入的设计参数，自动完成管壳式换热器不同类型管板自动参数化设计。

第2章　软件概述

2.1 软件功能

本软件的开发是用于绘制1流程、2流程、4-1流程和4-2流程这四种流程形式的管板三维图。根据用户输入的流程数、流程形式、布管圆直径等参数，在点击“开始”按钮后自动运行程序，在SolidWorks软件中绘制出符合用户需求的管壳式换热器管板三维图。操作过程如图2.1所示。

开始

SolidWorks启动

参数设置对话框打开，用户输入参数

报 错

N

判断参数是否合理

Y

新建换热器管板草图模型

绘制换热器管板草图

N

是否满意

Y

保存模型

图2.1 软件操作过程

2.2 运行环境要求

2.2.1 硬件要求

显卡： 1024×768或更高分辨率显示器并运行DirectX 9兼容视频卡

处理器： Intel或AMD 4核以上，支持SSE2 .建议使用64位操作系统。

内存： 4GB以上

硬盘空间：500GB以上

2.2.2 软件要求

操作系统：Windows 7版本以上 （Windows 8仅限64位）

软件：SolidWorks 2013 ；Microsoft Visual Studio 2010

2.3 SolidWorks二次开发原理概述

2.3.1 SolidWorks 的API接口

SolidWorks API为用户提供了人性化的开发工具，通过OLE（对象链接与嵌入）技术为用户提供了大量可供调用的功能函数，所有的函数都是有关对象的属性和方法，程序员可以直接访问SolidWorks。用户通过对对象属性的设置和方法的调用，可以在自己开发的程序中对SolidWorks进行各种控制，自由修改草图，设置零件的特征，以及各种信息的提取。

2.3.2 SolidWorks API对象模型

SolidWorks对象是SolidWorks API对象模型中的最高层对象，它可以直接或间接地访问SolidWorks API中的所有其他对象。利用SolidWorks对象可以实现应用程序的最基本操作，例如文件的打开与关闭、属性定义、图标与窗口的重排，或者对SolidWorks系统变量进行设置。

图2.2 SolidWorks API结构

第3章　软件内容说明

本软件是用VB.Net编程对SolidWorks进行二次开发。本章将对对本软件中的VB.Net程序代码以及操作界面进行说明，以便用户了解本软件的具体内容，用户也可以根据自己的需要修改代码，形成符合自己需求的专业化软件。

3.1 操作界面

图3.1为软件设计的输入界面。

图3.1 输入界面

输入界面包含以下几个内容：

（1） 流程数

（2） 流程形式

（3） 布管方式

（4） 布管圆直径

（5） 缺口高

（6） 上布管高度

（7） 拉杆布局

（8） 管孔直径

（9） 管间距

（10） 横向间距

（11） 纵向间距

（12） 横向管排距

（13） 纵向管排距

（14） 基本布管方式

（15） 基点横坐标X1

（16） 基点纵坐标Y1

对这个输入界面有以下几点说明：

① 未加深色的下拉框以及文本框为用户自行输入及选择，深色的下拉框为仅限选择而无法自行输入，这样可以避免用户输入错误数据。流程数只能从{1，2，4}中选择，流程方式只能从{1，2，4-1，4-2}中选择，布管方式只能从{正三角，正方形，转角正三角，转角正方形}中选择，拉杆布局只能在{4A，4B}中选择。

② 为了避免流程数与流程方式不匹配，在流程数后面的下拉框输入一段代码用以让用户在输入流程数后只可以在对应的流程形式中选择。

Private Sub BuG_LiuCS_CBx1_SelectedIndexChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles BuG_LiuCS_CBx1.SelectedIndexChanged

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Clear()

If BuG_LiuCS_CBx1.Text = "1流程" Then

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Clear()

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Add("1")

ElseIf BuG_LiuCS_CBx1.Text = "2流程" Then

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Clear()

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Add("2")

ElseIf BuG_LiuCS_CBx1.Text = "4流程" Then

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Clear()

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Add("4-1")

BuG_LiuCXS_TBx1.Items.Add("4-2")

End If

End Sub

这样，当用户选择流程数为“1”时，流程形式的下拉框将只会显示“1”；当用户选择流程数为“2”时，流程形式的下拉框将只会显示“2”；当用户选择流程数为“4”时，流程形式的下拉框将只会显示“4-1”与“4-2”。

③ 横向间距与纵向间距不需要用户输入，程序根据用户输入的管间距自动计算出结果并显示在文本框中。为了简化数据，所有计算数据最多保留五位小数，否则影响视觉效果。

Private Sub GuanJJ_TBx_TextChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles GuanJJ_TBx.TextChanged

Dim r As Single