基于VB的CATIA二次开发在板翅式换热器设计中的应用

徐振东 王二强

摘 要：针对板翅式换热器结构复杂、设计周期长的问题，本研究提出了一种结合CATIA软件进行二次开发板的翅式换热器参数化建模。首先利用Microsoft Visual Basic开发工具自带的控件库对板翅式换热器计算求解的界面进行设计，其次根据板翅式换热器性能计算求解过程来编写程序代码，然后建立VB和CATIA的连接，对CATIA API进行调用和处理，最终实现板翅式换热器的热力计算、三维模型创建和计算结果的数据存储等功能。试验结果表明，所开发的软件可实现不同系列板翅式换热器的快速设计，大幅降低技术人员的设计周期，提高设计效率。

关键词：板翅式换热器;CATIA;VB

中图分类号：TK172;TP311.52   文献标志码：A   文章编号：1003-5168（2022）9-0019-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.09.003

Application of Auxiliary Development Program for Plate-Fin Heat

Exchanger Based on CATIA and VB

XU Zhendong    WANG Erqiang

（AVIC Xinxiang Aviation Industry（Group） Co.，Ltd.，Xinxiang 453049，China）

Abstract：Aiming at the problems of complex structure and long design period of plate-fin heat exchanger，this study proposesa parametric modeling of plate-fin heat exchanger combined with the secondary development of CATIA software was proposed.Firstly， the interface design of the calculation and solution of the plate-fin heat exchanger is carried out by using the control library that comes with the Microsoft Visual Basic program development tool.Secondly，the program code is written according to the calculation and solution process of the plate-fin heat exchanger，then establish the connection between VB and CATIA to call and process the CATIA API.Finally，the functions of thermal calculation，3D model creation and data storage of calculation results of plate-fin heat exchangers are realized.The results show that the developed software can realize the rapid design of different series of plate-fin heat exchangers，greatly reduce the design cycle of technicians，and improve the design efficiency

Keywords：plate-fin heat exchanger;CATIA; VB

0 引言

板翅式換热器具有传热效率高、结构紧凑、可靠性高等优点，被广泛应用于航空航天领域。随着市场对换热器的需求量大幅增加，导致板翅式换热器的设计周期不断被压缩。板翅式换热器的设计过程为：技术人员根据客户需要开展性能计算，并进行定制化的换热器三维建模和二维工程图编制。该工作占据了技术人员大量精力，导致其不能专心技术开发。为此，开发相关设计软件来实现对板翅式换热器的自动计算及建模，对提高板翅式换热器的设计效率具有重要意义。

国内较成熟的板翅式换热器设计软件具有通用性强等优点，但大多数软件都是基于AutoCAD和SolidWorks[1]，且交互界面选择性输入的参数多，与工程实践中的设计工作融合度不高。本研究以Microsoft Visual Basic（以下简称“VB”）为系统开发工具，开发出一套基于CATIA的板翅式换热器应用程序，该应用程序不仅可以提高设计效率，还可缩短设计周期，更可为其他形式的换热器设计提供参考。

1 程序设计原理

本研究设计的板翅式换热器为飞机发动机常用换热器，由封盖、侧板、封条、波纹板、隔板组成。结合传热过程，使用“热效率-传热单元数法”进行热力计算[2]，对于热力学计算中受温度影响的物性参数，如导热系数λ、动力黏度μ等参数，在工作温度范围内进行多项式拟合。在程序设计时，根据所选流体选择相应的物性参数代入求解，图1为换热器的热性能计算流程。

热力计算主要采用迭代法求解。首先根据换热量要求计算初始出口温度值Ti，同时设定计算精度值ε，由流体初始平均温度确定物性后，重新计算出新的流体出口温度值Ti+1。若Ti和Ti+1差值绝对值小于精度值ε，计算结束。否则以Ti+1求取平均温度值来进行第二次迭代计算，直至满足精度要求。

2 程序设计与实现

在利用VB开发工具进行板翅式换热器辅助程序开发时，首先利用VB自带的控件库进行界面设计[3]，其次根据计算程序框图编写主程序逻辑代码，从而实现应用程序主体的热力计算、模型创建和数据存储等功能。

2.1 用户界面设计

图2为应用程序的用户界面，从图2中可以看出，用户界面包括5个模块区和3个功能按钮，技术人员可通过交互界面对板翅式换热器进行性能计算、模型创建和数据存储。用户界面各模块分别为：工况参数模块（包括板翅式换热器冷热两侧流体入口温度、入口压力、入口流量参数的输入）、性能要求模块（包括换热量、冷边流阻及热边流阻要求的输入）、结构设计模块（包括产品外形尺寸、隔板、侧板、两侧封条宽度等参数的输入，以及换热器材质的选择）、波纹板设计模块（包括波纹板波形的选择及其相关结构尺寸参数的设计）、物性参数模块（包括两侧流体的比热容、导热系数、密度、动力黏度、热容比、雷诺数、普朗特数、传热系数的输出）、结果显示模块（包括计算效率输出、冷热边流阻输出、散热量输出、冷热边出口温度输出、产品重量输出）。

2.2 程序功能实现

板翅式换热器辅助设计应用程序的开发涉及多种技术，包括COM组件技术、VB编程技术及CATIA二次开发技术等。板翅式换热器辅助设计应用程序模型的创建主要是对CATIA进行二次开发，其中涉及大量的CATIA API的调用和处理，CATIA API的对象模型主要包括文档对象、视图对象和窗口对象[4]，是对CATIA进行编程的核心。

为了实现对CATIA的操控，首先建立VB和CATIA的连接，在获取Application对象后就能对其文档进行操作。VB与CATIA的連接可通过嵌入在VB程序中的代码进行访问（代码如下所示）。

Dim CATIA As Object

On Error Resume Next

Set CATIA = GetObject（， “CATIA.Application”）

If Err.Number <> 0 Then

Set CATIA = CreateObject（“CATIA.Application”）

CATIA.Visible = True

End If

On Error GoTo 0

连接成功后，可通过不同属性和操作方法来添加零件（Part）、装配体（Product）等文档对象，再向程序中编入零件和产品实现的VB代码，即可实现在软件界面设置参数输入窗口，通过对用户参数的获取调用相关函数和零件模型，从而实现对零件和产品设计参数化建模。

2.2.1 零件设计。Part是零件文档最上层的对象，零件的创建是通过对Part对象的属性包括三维轴系统（OriginElements）、草图对象（Sketches）、实体特征（ShapeFactory）等的操作来完成的。

2.2.2 产品设计。产品创建的主要方法为添加组件和子产品，并对组件和子产品进行位置和约束管理。在产品装配设计时，首先向产品添加组件或子产品，其中一个产品可以由若干个组件和若干个子产品组成，组件和子产品可通过Products对象进行管理，添加组件和子产品的方法有以下几种。①AddComponent（）：添加一个已经存在的组件;②AddComponentsFromFiles（）：从文件数组中添加组件;③AddNewComponent（）：添加一个新的组件等。

产品在添加完组件或子产品后，应对产品的各组件进行位置约束，产品组件的位置是通过Position对象进行管理的，主要通过GetComponments（）和SetComponments（）两种方法来确定组件的位置信息，可利用Move属性来改变组件的空间位置。

另外，组件与组件之间的约束主要由Constraints对象来确定，Constraints对象包含创建约束的所有方法：AddMonoEltCst方法用于创建单个元素的约束，AddBiEltCst方法用于创建两个元素间的约束，AddTriEltCst方法用于创建三个元素间的约束。在完成约束创建后，也就完成了产品装配的过程。

图3为应用程序界面上通过点击模型创建按钮后，快速调用CATIA自动绘制出的产品总成及零件三维模型。

2.2.3 数据存储。在工作中，技术人员通常根据客户的需求，计算不同边界条件下的性能参数，这就需要调用程序的数据存储功能。在该应用程序中，通过创建OLE Automation对象来实现VB和Excel的通信，建立统一的标准化数据输出格式。用户只须输入各不同边界条件，相继点击热力计算、状态存储按钮即可将结果数据快速导入Excel中。

利用VB操作Excel的步骤如下[5]。

①向VB工程中添加Excel类库的引用。

②创建Object Linking and Embedding，即OLE Automation对象，获取对Excel对象的调用。其程序为：

Dim xlApp AS Excel.Application

Set xlApp = CreateObject（“Excel.Application”）

③调用对象的方法，并在使用完对象清除所有引用对象的变量。

3 程序验证

为了验证该应用程序的准确性，本研究以某板翅式换热器项目为例，设计出一款新型板翅式换热器，表1所示为该型换热器的主要设计参数。

在图2所示的参数界面中输入表1所示的主要设计参数和结构参数。当所有参数输入完成后，点击模型创建即可完成该型换热器模型的更新，更新后的最终三维模型设计结果见图4。

在图2界面中，设置进出口边界参数，点击热力计算按钮即可完成一组设计点的性能计算。若性能计算结果符合要求，可通过点击状态存储按钮将本设计点的计算结果保存到相应Excel表格中，直至完成所有状态点的性能计算结果，保存结果如图5所示。

4 结语

本研究在对板翅式换热器的设计计算方法进行分析的基础上，以Microsoft Visual Basic作为程序开发平台，并联合CATIA Application及Excel，结合换热器热力计算、结构设计，开发出一套针对性强、实用性高的板翅式换热器辅助设计程序。该程序可实现热力计算、模型创建和数据存储，特别适于设计点较多或处于产品上下游、与产品联合性能计算的场合，可缩短换热器设计周期，提高技术人员的工作效率。

参考文献：

[1] 雪冰锋，阎志祥，周安吉，等.基于SolidWorks和SQL的管壳式换热器辅助设计软件开发[J].现代制造工程，2019（9）：107-112.

[2] 余建祖.换热器原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3] 李亚非，郑玉，张军强，等.Visual Basic程序设计教程[M].南京：南京大学出版社，2009.

[4] 胡挺，吴立军.CATIA二次开发技术基础[M].北京：电子工业出版社，2006.

[5] 张杜，李秀峰.利用VB+Excel实现农业数据的图表分析[J].安徽农业科学，2009（3）：1372-1374.