折流杆换热器的计算机辅助概念设计方法

圈总数和间距、壳程长度等，以达到给定的传热性能和流体阻力降要求［３］。每次重新计算一般都要改变总体结构参数和折流圈的参数，从而使管子的布置情况出现变化，如果采用人工计算方式，则势必花费大量重复布置和计算的时间，同时还可能出现人为的计算错误，影响设计的进程和质量。为此，有必要研究采用计算机进行自动布管的算法和确定折流圈、折流杆的结构尺寸的方法。
    折流杆结构尺寸的确定依赖于管子的布置，而其中折流杆长度的计算主要是在确定了杆径及管子尺寸后，确定折流杆和管子在壳程横截面上的位置，并采用数学方法求解杆和管子的位置坐标，求出在布管限定圆周上，各折流圈上折流杆的位置及折流圈中被支持的管子数目。在编制计算程序时，用数组的方式将计算的折流杆长度和所能容纳的管子数目存贮起来（编号），以便在工艺计算中采用。
    在折流杆换热器中，管子的排列有正方形和三角形排列两种，壳程的分程情况也可以是单程或多程的，而在利用计算机进行管子的布置时，一般是从壳程横截面的中心向外对称布置的。在工艺计算中，有时是在限定管子长度的条件下，通过试算改变壳程的内径进行要求的传热与流体力学计算（计算机程序中的壳程内径通常作为循环变量）；有时是在限定的壳程内径条件下，通过试算改变管子长度进行设计计算（壳程横截面上的结构布置只需计算一次，以后的计算通过增减管长度―――循环变量，从而增减折流圈数目进行）；但最常见的是同时改变管子的长度和壳程内径，并通过计算结果判断壳程是否满足理想的长径比范围来确定设计计算的合理性。
    本文主要限于讨论实际应用最广泛的单壳程情况。
    ２　单程折流杆换热器布管
    ２．１　布管设计方法
    进行折流杆换热器自动布管方法的研究，其目的是在壳程结构限定的某个圆周内，通过采用适合于计算机编程处理的算法，确定各种情况下的折流杆束中心线的方程，通过结构干涉判断准则，求解不同的类型的方程组，确定各类折流杆的几何位置参数、各个折流杆的长度以及计数；确定可以布置管子的几何位置参数，管心坐标以及进行管子计数。然后根据所建立的这些数据，完成传热和流体力学计算所需的布管周边长度和布管限定圆的计算，最后利用计算机绘制壳程截面的结构布置简图，输出以供设计人员检查结构设计的中间结果或者利用计算机软件实现干涉的自动检查，决定是