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一個好的換熱器設(shè)計應(yīng)能做到投資省、運行費用低和換熱效果好。長期以來人們?yōu)榇烁冻隽舜罅康呐?也取得了相應(yīng)的效果,但仍然離前面提出的要求相差甚遠。不少人針對換熱器的優(yōu)化設(shè)計方法提出了方案,但由于優(yōu)化設(shè)計目標的不確定性及換熱器種類的多樣性,換熱器的優(yōu)化設(shè)計目前還不完善。

換熱器的設(shè)計是一項十分重要的工作,它涉及到換熱設(shè)備的投資成本、運行狀態(tài)及性能狀況。

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,對能源利用、開發(fā)的合理性與有效性的要求不斷提高,因而對換熱器性能的要求也日益加強。特別是對換熱器的研究必須滿足各種特殊情況和苛刻條件的要求,對它的研究也就顯得更為重要。因此,在換熱器的生產(chǎn)及研究開發(fā)上除了滿足各種必需的工藝條件之外,對它的綜合性能也提出了更高的要求。

深入研究換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、流動參數(shù)與換熱性能三方面綜合性能對換熱器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計效率和經(jīng)濟效益都具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。

打破傳統(tǒng)設(shè)計方法的思路,從換熱器的基本結(jié)構(gòu)與流動傳熱特性入手,建立了全新思路的綜合性能優(yōu)化設(shè)計方法,以換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和過程可用能分析為基礎(chǔ),在設(shè)計過程中實現(xiàn)換熱器的投資成本低、運行費用少以及換熱性能佳的優(yōu)化目標。

例如板翅式換熱器是目前國內(nèi)最先進的換熱設(shè)備之一,它具有體積小、重量輕、換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧及堅固耐用、適應(yīng)性強并可設(shè)計成多股流體同時換熱等優(yōu)點。它可以用于各種介質(zhì)的熱交換(氣與氣、氣與液、液與液)以及有相變的冷凝和蒸發(fā)。

研究了板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式及導(dǎo)致的流動特征,選擇平直翅片板翅式換熱器為目標,應(yīng)用換熱器綜合性能優(yōu)化設(shè)計方法,簡化其結(jié)構(gòu)形式,建立了基于實際換熱模型基礎(chǔ)上的板翅式換熱器數(shù)學(xué)模型,將綜合性能優(yōu)化設(shè)計方法推廣到實際應(yīng)用當中。

在建立板翅式換熱器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,運用計算機語言編制程序,以單位傳熱量的可用能損失率最小為目標函數(shù),尋求流動參數(shù)的最佳值,利用換熱器兩側(cè)流動換熱過程的流動與換熱的準則關(guān)系式,在設(shè)定換熱熱流密度和選定換熱器某個結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上,采用迭代的方式完成對天然氣——空氣和潤滑油——空氣單側(cè)翅片的板翅式換熱單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流動參數(shù)與換熱性能的優(yōu)化設(shè)計。與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法相比,它綜合考慮了結(jié)構(gòu)特征和投資費用等影響因素,由于在設(shè)計過程中僅用了兩項人為設(shè)定參數(shù)而給設(shè)計者帶來極大方便,也有效地減少了人為干預(yù)的因素。