一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，先根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的熱力參數(shù)，按照傳統(tǒng)管殼式換熱器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行單弓形折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)，確定滿足工況要求的單弓形折流板管殼式換熱器的詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，再在與已經(jīng)設(shè)計(jì)所得的單弓形折流板管殼式換熱器具有相同結(jié)構(gòu)型式、換熱管直徑、換熱管布置方式以及管程數(shù)等條件下，確定連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的換熱面積和中心管直徑，然后按照最大流速比確定連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的折流板間距。本發(fā)明的計(jì)算方法能準(zhǔn)確而高效的計(jì)算出滿足給定熱負(fù)荷任務(wù)所需的換熱器，設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度較高，并且能達(dá)到換熱器小型化的目的，節(jié)約安裝空間和節(jié)省原材料。
【專利說明】一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于換熱器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管殼式換熱器是煉油、化工、環(huán)保、能源、電力、制冷等工業(yè)中一種重要的設(shè)備。其中使用歷史最為悠久的是單弓形折流板管殼式換熱器。雖然單弓形折流板管殼式換熱器屬于換熱器行業(yè)使用量最大的一種管殼式換熱器，但是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，存在沿程壓降大、易出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)、易結(jié)垢并且易誘導(dǎo)換熱管振動(dòng)等缺點(diǎn)，長(zhǎng)久以來一直有研究者對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，但是都未能脫離其基本結(jié)構(gòu)。
[0003]20世紀(jì)90年代初，由捷克科學(xué)家Lutcha, Stehlik, Nemcansky, Karl等首次提出了非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器，并對(duì)其做了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，研究表明，非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器具有壓降低、振動(dòng)小、結(jié)垢少，以及綜合換熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。并通過實(shí)驗(yàn)分析非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的主要幾何參數(shù)對(duì)其壓降及換熱性能的影響。隨后，張劍飛通過多元非線性擬合，將Stehlik等的曲線擬合成了相應(yīng)的公式，提出了一套非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法。
[0004]隨后，又有研究者指出非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器在搭接的“三角區(qū)”存在漏流，對(duì)換熱性能存在影響，于是王秋旺等人提出了連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)和加工方法，已經(jīng)獲得相關(guān)專利并且在文獻(xiàn)中已經(jīng)有公開發(fā)表。
[0005]目前為止，管殼式換熱器中最為成熟的設(shè)計(jì)方法為針對(duì)單弓形折流板管殼式換熱器的Bell-Delaware方法，該方法的詳細(xì)實(shí)施過程已經(jīng)普遍見于各類換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)?；谶@一方法，美國(guó)傳熱協(xié)會(huì)(HTRI)和英國(guó)傳質(zhì)傳熱協(xié)會(huì)(HTFS)各自開發(fā)出了相關(guān)商用軟件，文獻(xiàn)中的非連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法也已經(jīng)收錄到HTRI中。這兩款商業(yè)軟件廣泛應(yīng)用于換熱器行業(yè)，取得了巨大的商業(yè)效益。
[0006]對(duì)于連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)而言，無論國(guó)內(nèi)外均未見有公開發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)資料，更未見有相關(guān)的商業(yè)軟件，這些給連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的設(shè)計(jì)制造和推廣應(yīng)用帶來很大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度高，并且能夠達(dá)到換熱器小型化的目的。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0009]I)根據(jù)要求的熱力參數(shù)，按照傳統(tǒng)管殼式換熱器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行單弓形折流板管殼式換熱器設(shè)計(jì)，確定滿足工況要求的單弓形折流板管殼式換熱器的詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)；
[0010]2)在單弓形折流板管殼式換熱器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù):[0011]2.1)得到殼側(cè)換熱系數(shù)h。與最大流速比R的關(guān)系曲線
[0012]在相同換熱管直徑、殼側(cè)質(zhì)量流量及殼側(cè)換熱系數(shù)h。的條件下，最大流速比R如式(5)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟: . 1)根據(jù)要求的熱力參數(shù)，按照傳統(tǒng)管殼式換熱器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行單弓形折流板管殼式換熱器設(shè)計(jì)，確定滿足工況要求的單弓形折流板管殼式換熱器的詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)； .2)在單弓形折流板管殼式換熱器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù): . 2.1)得到殼側(cè)換熱系數(shù)h。與最大流速比R的關(guān)系曲線 在相同換熱管直徑、殼側(cè)質(zhì)量流量及殼側(cè)換熱系數(shù)h。的條件下，最大流速比R如式(5)所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，其特征在于:所述的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器為使用單相介質(zhì)，以及使用光管、波節(jié)管、波紋管或低肋管的單殼程多管程的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，其特征在于:所述的步驟I)進(jìn)行前，先進(jìn)行如下步驟: 先根據(jù)已知熱力參數(shù)，確定熱負(fù)荷； 然后根據(jù)殼側(cè)定性溫度和管側(cè)定性溫度，查找或者計(jì)算出殼側(cè)和管側(cè)換熱介質(zhì)的物性參數(shù)；其中，物性參數(shù)包括比熱、密度、粘度和導(dǎo)熱系數(shù)； 再根據(jù)換熱介質(zhì)的腐蝕性、粘度、結(jié)垢性，確定換熱器內(nèi)管束布置方式；其中，換熱器內(nèi)管束布置方式包括三角形或四邊形； 最后確定換熱器的結(jié)構(gòu)型式和管程數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，其特征在于:所述的步驟2)中的傳統(tǒng)管殼式換熱器設(shè)計(jì)方法包括Kern方法、Be 11-De I aware方法或ESDU方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述 的連續(xù)螺旋折流板管殼式換熱器的熱力計(jì)算方法，其特征在于:所述的步驟3.2)中的優(yōu)化算法包括GA算法、PSO算法、ANN算法或ACO算法。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103514326SQ201310434980
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】王秋旺, 楊建鋒, 陳貴冬, 曾敏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)