一种分段板式换热器设计方法技术

本发明专利技术涉及一种分段板式换热器设计方法，根据冷流体的进出口温度来进行分段，根据温差将换热器分为多段换热单元进行计算，这样可以精确设计各换热单元的结构来满足每段换热单元的换热需求，同时控制板式换热器的体积

【技术实现步骤摘要】
一种分段板式换热器设计方法


[0001]本专利技术属于涉及换热器
，涉及一种分段板式换热器设计方法
。

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
。
有些领域，比如航空航天
、
核能等，对换热器的换热效率
、
体积等参数要求非常的高，这就需要换热器局部的精细计算
。
[0003]专利技术专利
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]本专利技术针对现有的板式换热器设计方法的缺点，提出一种分段板式换热器设计方法，减少人为干预，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
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种分段板式换热器设计方法，解决了板式换热器热力设计不精确问题
。
通过温差分段的方法，精确完成了各换热单元的结构参数设计，提升了板式换热器的设计精度，降低换热器的体积，减少换热器的质量，节省制造成本，降低流体压损
。
[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]一种分段板式换热器设计方法，包括以下步骤：
[0009]1)
根据冷流体的温差的大小分为
n
个换热计算单元，当温差小于等于
200℃
时，以
10℃
‑
20℃
为一段换热单元；温差大于
200℃
小于等于
400℃
时，以
20℃
‑
30℃
时为一段换热单元；当温差大于
400℃
时，以
20
‑
25
段为目标，均匀的将温差划分；
[0010]2)
给出板式换热器计算参数：冷热流体进口温度
T
lin
、T
hin
预期冷流体出口温度
T
lout
；
[0011]3)
板式换热器为印刷电路板式换热器，确定其结构参数，包括管径
、
各换热单元的节距
J、
偏转角
α
、
长度
、
强化换热结构及数量；强化换热结构为固定于管壁内外的翅片；
[0012]4)
求出冷流体进出口温差
△
t
＝
T
lout
‑
T
lin
，根据温差，分为
n
个换热单元；根据温差求出各换热单元的冷流体进口温度
T
nlin
、
冷流体出口温度
T
nlout
；根据热力学第一定律：
[0013]Q1＝
mc
p
△
t
n
[0014]求出换热单元的换热量
Q1，
m
为流体质量速度，
c
p
为比热容，
△
t
n
为换热单元冷流体进出口温差；
[0015]已知热流体进口温度
T
nhin
，假设热流体出口温度
T
jhin
，求出相应的比热容
c
jp
；然后根据换热量
Q1，比热容
c
jp
，和热流体质量流量
m
h
，求出热流体出口的计算温度
T
nhin
，然后求出热流体出口的计算温度
T
nhin
与假设热流体出口温度
T
jhin
差值的绝对值，如果绝对值小于2，则认为
T
nhin
＝
T
jhin
，确定热流体的出口温度为
T
nhin
；如果绝对值大于2，使假设的热流体出口温度为两个温度的平均值，然后重复上述计算，直到绝对值小于2；
[0016]5)
对于印刷电路板式换热器，根据节距
J、
偏转角
α
求出
Nu
数和阻力系数
f
，公式为：
[0017]Nu
＝
0.397*
雷诺数
^0.54
*(
节距
/
管径
)
^0.97
*(
偏转角
/360)
^
‑
0.67
；
[0018]f
＝
9.92*
雷诺数
^
‑
0.63
*(
节距
/
管径
)
^0.23
*(
偏转角
/360)
^
‑
0.45
；
[0019]然后求取换热系数
δ
，根据求出的冷热流体进出口温度，采用对数平均温差法求出温度
T
c
，假设换热单元长度
L
jn
，求出换热面积
A
；
[0020]根据传热方程：
[0021]Q2＝
A
δ
T
c
[0022]判断管长
L
jn
是否满足换热量
Q1与
Q2误差在3％以内，如果满足则
L
jn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分段板式换热器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
根据冷流体的温差的大小分为
n
个换热计算单元，当温差小于等于
200℃
时，以
10℃
‑
20℃
为一段换热单元；温差大于
200℃
小于等于
400℃
时，以
20℃
‑
30℃
时为一段换热单元；当温差大于
400℃
时，以
20
‑
25
段为目标，均匀的将温差划分；
2)
给出板式换热器计算参数：冷热流体进口温度
T
lin
、T
hin
预期冷流体出口温度
T
lout
；
3)
确定结构参数，包括管径
、
各换热单元的节距
、
偏转角
、
长度
、
强化换热结构及数量；
4)
求出冷流体进出口温差
△
t
＝
T
lout
‑
T
lin
，根据温差，分为
n
个换热单元；根据温差求出各换热单元的冷流体进口温度
T
nlin
、
冷流体出口温度
T
nlout
；根据热力学第一定律：
Q1＝
mc
p
△
t
n
求出换热单元的换热量
Q1，
m
为流体质量速度，
c
p
为比热容，
△
t
n
为换热单元冷流体进出口温差；已知热流体进口温度
T
nhin
，假设热流体出口温度
T
jhin
，求出相应的比热容
c
jp
；然后根据换热量
Q1，比热容
c
jp
，和热流体质量流量
m
h
，求出热流体出口的计算温度
T
nhin
，然后求出热流体出口的计算温度
T
nhin
与假设热流体出口温度
T
jhin
差值的绝对值，如果绝对值小于2，则认为
T
nhin
＝
T
jhin
，确定热流体的出口温度为
T
nhin
；如果绝对值大于2，...

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