一种板式换热器结构推演设计方法技术

本发明专利技术涉及一种板式换热器结构推演设计方法，本发明专利技术编写智能优化程序，在只给出换热器流动参数的情况下，实现板式换热器的结构参数的推演，对板式换热器各换热单元的结构参数进行不断调整，完成多种结构的板式换热器设计方案，然后将各种设计的板式换热器结构输入到数据库中，根据多目标优化规则，选取最优的非均匀结构板式换热器设计方案，使换热器的设计精确度大幅度提升，确保各换热单元换热效率尽可能达到最大，减少板式换热器的体积，降低换热器重量和制造成本，节省设计时间，降低流体压力损失

【技术实现步骤摘要】
一种板式换热器结构推演设计方法


[0001]本专利技术属于涉及换热器
，涉及一种板式换热器结构推演设计方法
。

技术介绍

[0002]板式换热器作为高效
、
紧凑
、
节能的换热设备，已经被广泛应用于化工
、
医药
、
食品
、
电力
、
机械
、
供暖
、
船舶等行业
。
目前的板式换热器设计方法采用分段设计的方法，一般是根据冷流体进出口温差均匀分段，即每段温差相同
。
然后就是人为确定板式换热器的结构参数，每一段采用的偏转角及节距，使用的强化换热的结构类型及数量，求出符合每个换热单元温差的长度，求出各段长度以后，组合在一起即完成整个换热器的设计
。
如果换热器设计不符合要求，还得进行多次的结构参数调整，最后优化出一个符合标准的板式换热器
。
目前这种方法各换热单元的偏转角及节距均相同，设计出的换热器为均匀结构，翅片也都是人为选定的一个类型，并没有考虑冷热流体逆方向流通时内外温差对流体换热性能的影响及冷热流体温度大小对流体物性参数的影响，这就导致换热器的设计并不精确，需要预留出足够的换热面积来保证达到相应换热效率，这就增加了换热器的体积
、
制造成本
、
流体的压力损失等，设计过程人为干预太多，设计的过程比较复杂
。
当然也有一些商用软件可以提供一些换热器的基础流动参数直接给出换热器结构，但是软件都属于外国产品，不仅存在版权的问题还可能存在受限使用的问题，所以开发出一款国内自己的换热器设计商用软件刻不容缓
。
[0003]专利技术专利申请文件
CN113742999A
公布了一种印刷电路板式换热器的设计方法及装置，该基于换热器的设计换热量和运行条件以及单个肋片的换热面积，确定换热器板片包括的所述肋片的数量；基于人工鱼群算法，确定各所述肋片的位置；基于所述换热器板片的形状特征及所述运行条件，确定各所述肋片的方向
。
该专利只给出了板式换热器肋片的设计方法，没有考虑板式换热器的整体设计，设计的换热器仍为均匀结构，设计的准确度还是较差
。
[0004]文章“组合型板翅式换热器热力设计软件的开发”，以
Visual Basic6.0
为系统开发平台，结合
Access
建立不同条件下多种流体的物性数据库，利用对数平均温差法设计开发出一套具有可视化操作界面的板翅式换热器热力设计软件
。
该温差采用对数温差法，采用的整体设计，并没有均匀分段计算，很多结构参数还是人为确定，计算时间较长，换热器设计精确度低
。
[0005]文章“印刷电路板式氦加热器热力设计方法与性能”，介绍了印刷电路板式换热器分段计算的方法，以温度为节点，将每一段认为是一个小型换热器进行计算，求出的设计结果精确，换热能力更强
。
但是该方法仍然是人为选取板式换热器的结构参数，只是针对每一段长度进行了调整，设计的换热器结构比较单一，并不能达到最优的热力设计效果
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种板式换热器结构推演设计方法，针对现有的目前板式
换热器设计方法的人为干预过多，结构单一，设计不精确等问题，提出一种板式换热器结构推演设计方法，在只给出基本流动参数的情况下，通过编程对换热器每一段结构进行调整，求出最优的板式换热器设计结构，建立数据库，按一定规则存储计算结果，编写优化调用规则，为后续板式换热器设计做智能支撑，减少人为干预，节省设计计算时间，提高换热器设计的准确度，优化换热器的结构，设计出来的换热器体积小
、
成本低
、
换热效率高且流体的压力损失低
。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0008]一种板式换热器结构推演设计方法，包括以下步骤：
[0009]1)
建立一个优化调用结构推演数据库，建立数据存储的分级规则，分级的规则按照实际生产中，换热器各参数的重要程度进行，依次如下：换热量
>
体积
>
质量
>
压损
>
翅片结构形式；在下述的结构推演计算过程中，将计算的结果，按分类的规则，依次存放在数据库中；不断的完善结构推演数据库的建立，优化调用规则分为单目标优化及多目标优化
(
整体目标优化
)
调用规则，为后续的结构推演计算提供支撑；
[0010]2)
换热器冷热流体的进出口温度及换热器外部尺寸的结构限制为给定参数，其它结构参数为换热器的推演结构参数；
[0011]3)
给出板式换热器流体参数：冷流体进口温度
T
lin
，热流体进口温度
T
hin
，预期冷流体出口温度
T
lout
；
[0012]4)
根据换热器外部尺寸的结构限制，根据现有技术规则，给出推演结构参数的选择范围；
[0013]5)
求出冷流体进出口温差
△
t
＝
T
lout
‑
T
lin
，每
10℃
‑
30℃
为一段，将温差分为
n
段，形成
n
个换热单元，
10≤n≤25
，大于
25
对计算精度影响不大，增加计算时间，小于
10
影响计算精度
。
求出各换热单元的冷流体进口温度
T
nlin
和出口温度
T
nlout
；计算出各换热单元换热量，然后求出各换热单元热流体进口温度
T
nhin
和出口温度
T
nhout
；
[0014]6)
计算第一个换热单元时，已知冷流体进口温度
T
1lin
、
出口温度
T
1lout
，和热流体进口温度
T
1hin
，求出热流体出口温度
T
1hout
；在给出的推演结构参数选择范围内，随机选择结构参数并根据传热公式计算出相应的换热系数
δ
，换热系数
δ
为对流换热系数与导热系数之和；
[0015]根据热力学第一定律：
[0016]Q1＝
mc
p
△
t
n
[0017]求出换热单元总的换热量
Q1，
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种板式换热器结构推演设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
建立一个优化调用智能数据库，建立数据存储的分级规则，分级的规则按照实际生产中，换热器各参数的重要程度进行，依次如下：换热量
>
体积
>
质量
>
压损
>
翅片结构形式；在下述的结构推演计算过程中，将计算的结果，按分类的规则，依次存放在数据库中；并不断的完善结构推演数据库的建立；
2)
换热器冷热流体的进出口温度为给定参数，其它结构参数为换热器的推演结构参数；
3)
给出板式换热器流体参数：冷流体进口温度
T
lin
，热流体进口温度
T
hin
，预期冷流体出口温度
T
lout
；
4)
根据换热器外部尺寸的结构限制，根据现有技术规则，给出推演结构参数的选择范围；
5)
求出冷流体进出口温差
△
t
＝
T
lout
‑
T
lin
，每
10℃
‑
20℃
为一段，将温差分为
n
段，形成
n
个换热单元，求出各换热单元的冷流体进口温度
T
nlin
和出口温度
T
nlout
；计算出各换热单元换热量，然后求出各换热单元热流体进口温度
T
nhin
和出口温度
T
nhout
；
6)
计算第一个换热单元时，已知冷流体进口温度
T
1lin
、
出口温度
T
1lout
，和热流体进口温度
T
1hin
，求出热流体出口温度
T
1hout
；在给出的推演结构参数选择范围内，随机选择结构参数并根据传热公式计算出相应的换热系数
δ
，换热系数
δ
为对流换热系数与导热系数之和；根据热力学第一定律：
Q1＝
mc
p
△
t
n
求出换热单元总的换热量
Q1，
m
为流体质量速度，
c
p
为比热容，
△
t
n
为换热单元温差；根据传热方程：
Q2＝
A
δ
TcA
为换热面积；
Tc
为对数平均温差；求出换热量
Q2及相应的换热单元长度
L1；判断换热单元长度
L1是否满足换...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东阳，马光宇，李卫东，张炎，张天赋，刘常鹏，孙守斌，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：