緊湊式換熱器強(qiáng)化傳熱及整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，各國對能源的需求不斷增長，能源消耗也不斷增加，世界性的能源危機(jī)使節(jié)能成為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)主題。在未來的幾十年，人類正面臨著資源短缺、環(huán)境污染等問題，這一問題正制約著國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。因此，世界各國正在尋求環(huán)境友好、價(jià)格低廉的綠色能源，并積極開展預(yù)熱回收和節(jié)能減排等工作。節(jié)能減排和綠色環(huán)保已成為我國的基本國策?！肮?jié)能減排的關(guān)鍵是節(jié)約能源，提高能效，減少污染”，而減小能量在傳遞或轉(zhuǎn)移過程的損失，則是提高能源利用率，緩解

2、能源短缺和節(jié)能減排的重要手段。人類工業(yè)化的歷史就是對熱利用的歷史，換熱器作為熱交換通用設(shè)備在現(xiàn)今社會中占有越來越重要的地位，廣泛應(yīng)用于動力、化工、冶金、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。在石油化工廠的建設(shè)中，其投資占整個(gè)投資的30％以上，重量占工藝設(shè)備總重的40%。
　　如何提高換熱器的工作效率，不僅是現(xiàn)代化發(fā)展中必須解決的問題，同時(shí)也是緩解能源緊張、合理利用能源的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)出高效緊湊的換熱器是當(dāng)今換熱器的重要研究方向，各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)成了換熱

3、器研究的熱點(diǎn)。因此，對換熱器傳熱過程及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高換熱器的傳熱效率，成為了提高能源利用率、節(jié)能減排、緩解能源短缺的重要舉措，有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益。另外，對換熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有助于減小換熱器的體積，降低其制造成本。
　　本文主要完成了如下研究工作：
　?。?）搭建了雙流程鋸齒型板翅式換熱器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，針對板翅式換熱器，在氣－油換熱情況下對其換熱特性和阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了該類換熱器油側(cè)和氣側(cè)的換熱準(zhǔn)則

4、方程和流動阻力準(zhǔn)則方程。通過與Manglik和Wieting的換熱準(zhǔn)則方程進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)本文的準(zhǔn)則方程與上述的準(zhǔn)則方程總趨勢是一致的，通過分析原因，證實(shí)了本文所得準(zhǔn)則方程的正確性和有效性，為板翅式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可行性依據(jù)。
　?。?）在板翅式換熱器系統(tǒng)工作原理基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模過程中涉及的相關(guān)理論和數(shù)學(xué)模型，分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳熱和壓降的影響，并采用遺傳算法結(jié)合正交設(shè)計(jì)法對該板翅式換熱器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果使

5、得傳熱性能最佳且壓降最小，用于指導(dǎo)該類換熱器最佳結(jié)構(gòu)尺寸的選取。
　?。?）建立了11種不同結(jié)構(gòu)的平直翅片管換熱器系統(tǒng)三維仿真模型，通過數(shù)值仿真發(fā)現(xiàn)平直翅片的開縫位置以及凸起形狀對整體換熱效果有重要影響，計(jì)算結(jié)果展示了此11種仿真模型在相同邊界條件下的溫度分布和流線分布情況，通過對不同評價(jià)指標(biāo)的比較分析，總結(jié)出雙耳型結(jié)構(gòu)的翅片為最佳翅片結(jié)構(gòu)。
　?。?）在管翅式換熱器系統(tǒng)工作原理基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模過程中涉及的相關(guān)理論和數(shù)學(xué)模型

6、，分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對整體傳熱效果和壓降的影響，并采用遺傳算法結(jié)合正交設(shè)計(jì)法對管翅式換熱器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果使得傳熱性能最佳且壓降最小，并用 Fluent軟件進(jìn)一步對優(yōu)化前后整體換熱特性與阻力特性進(jìn)行仿真結(jié)果比較，比較結(jié)果表明所得的優(yōu)化結(jié)構(gòu)在提高了換熱效果的同時(shí)，對流體的阻力也有明顯的減小，其綜合性能優(yōu)于原結(jié)構(gòu)，為最佳結(jié)構(gòu)尺寸。該結(jié)論可用于指導(dǎo)該類換熱器最佳結(jié)構(gòu)尺寸的選取，對該類換熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　本