一种多股流板翅式换热器流体通道排列的优化设计方法，先计算换热器热流体hi和冷流体cj的单通道热负荷，再将待优化的通道排列表示成二进制串染色体x＝[x1，x2，...，xl]，然后建立通道排列染色体x的适值函数或者是目标函数F(x)，再建立约束条件，然后选取遗传优化过程中的控制参数，最后借助Matlab提供的遗传优化工具获得最终优化染色体x，然后顺序列出该染色体中所有位值为1的基因所代表的对应流体，便得到相应的通道排列优化结果，本发明专利技术综合了隔离布置和局部热平衡设计原则，首次将通道位置加权量化和通道排列中不良集聚负荷位置进行了优化，并利用遗传优化技术加以实现，克服了以往设计方法局限性，具有适用性强、工作效率高、设计质量高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于板翅式换热器
，具体涉及。
技术介绍
板翅式换热器是一种紧凑式换热器，由于结构紧凑轻巧、传热效率高、便于布置多股流体而被广泛地应用于多种石油化工和低温气体液化分离行业。然而，在这种多股流板翅式换热器中，由于同时参与换热的冷热流体可以多达十几种，而且用于分配这些流体的通道也通常上百，因此相应的流体通道排列方式也会急剧增加，即出现所谓的“组合爆炸”，很难利用穷举法找到最优的通道排列方式。当通道排列方式不合理时，即使有足够的面积后备系数，也会使换热器无法达到设计性能指标，然而，迄今为止通道排列的优化设计问题仍未得到很好的解决，是多股流板翅式换热器研究的重点和难点。目前，多股流板翅式换热器通道排列优化设计方法可以归纳为两种一种是手工试凑设计方法，它通常是参照 Fan (Fan Y. N. , How to design plate-fin heat exchangers,Hydrocarbon Processing,45 (1966)211-217)提出的隔离型模式和 Sucessmann 和Mansour (Suessman ff. , Mansour A. , passage arrangement in plate-fin exchanges,in Proc. 15th International Congress of Refrigeration, 1979, pp. 421-429)提出的局部热平衡模式，先给出通道预排列，然后通过模拟手段检测该排列下换热器壁面温度分布或者是流体温差均匀性因子是否合理，如果不合理，则调整通道排列再重新检测，这样经过多次调整试凑得到较满意的通道排列。显然这种试凑设计方法在很大程度上依赖于设计者的经验，设计质量和工作效率都受到很大限制；另一种是借助计算机对通道排列进行优化设计，这种设计方法提高了工作效率，而且，近年来由于智能优化技术的迅速发展，一种模仿自然生物进化过程的遗传优化技术，以其实用、高效、鲁棒性强成为国际上研究的热门课题，并广泛地应用于工业工程、经济管理、交通运输和优化设计等领域。然而，Ghosh等(Ghosh S. ,Ghosh I. ,Pratihar D. K. ,Maiti B. ,Das P. K. ,Optimun stacking pattern formultistream plate fin heat exchanger through a genetic algorithm,InternationalJournal of Thermal Sciences, 50 (2011) 214-224)最近建立的通道排列遗传优化模型是针对一种流体对应一个通道情况，随着通道数目的增加，通道排列染色体的优化将变得异常繁琐，而且模型对优化过程无引导，对不良结果无约束，从而无法保证最终的优化设计结果，总之，该模型从染色体编码、适值函数到约束等方面，都未对通道排列这个特定优化设计问题做出相应的有效处理，不具有工业实用价值。另外，Fan提出的隔离型模式很容易造成通道间热负荷不平衡,而Sucessmann和Mansour提出的局部热负荷平衡模式是从换热器的一端开始计算过剩热负荷，这种衡量方法有利于合理布置离换热器这端近的通道，然而，随着排列的进行，换热器的另一端将集聚过多过剩热负荷而无法处理。此外，对于某一设计工况通道排列中出现的不可避免集聚负荷，我们可以设想应该存在这样一个位置，使得该不良集聚负荷对换热器的负面影响最小。然而，目前的设计方法也无法很好地找到此不良集聚负荷最佳位置。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，具有适用性强、工作效率高、设计质量高的优点。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为—种多股流板翅式换热器流体通道排列的优化设计方法，包括以下步骤第一步，设一个多股流板翅式换热器，其中有nh种热流体和η。种冷流体进行换热，已知热流体Mi = 1,2...，nh)的质量流量％、进口温度、出口温度&和通道层数'，冷流体Cj(j = 1,2..., η。)的质量流量、进口温度&、出口温度L和通道层数#~，根据已知条件和流体比热物性，计算换热器热流体Iii和冷流体Cj的单通道热负荷，即％0+ = 1，2，...為)和1() = 1，2，...，1)权利要求1. ，其特征在于包括以下步骤 第一歩，设ー个多股流板翅式换热器，其中有nh种热流体和η。种冷流体进行换热，已知热流体h (i = 1，2. . .，nh)的质量流量、进ロ温度\、出口温度ら和通道层数'，冷流体CjU = 1,2..., η。)的质量流量A7、进ロ温度7;、出口温度ら和通道层数#り， 根据已知条件和流体比热物性，计算换热器热流体Iii和冷流体ら的单通道热负荷，即% (/ = 1,2,...為)和も(ノ = 1,2,..., wc) %= X 公式中，4是热流体比放出的热量，符号为“-”，％是冷流体ち吸收的热量，符号为“ +，，. 第二步，将待优化的通道排列表示成ニ进制串染色体X = ，其确定方法 Yiy^yic如下当热流体通道总数Σ& <冷流L体通■总^ ^时，染色体X的前η。位将和换热器η。种冷流体Cj (j = 1,2. . . , η。)--对应,位值为I代表相应的冷流体被选中，位值为O则代表相应的冷流体未被选中；接下来染色体X的后nh位将和换热器的nh种热流体Iii (i=1,2. . .，nh) 对应，同样，位值为I代表相应的热流体被选中，位值为O则代表相应的热流体未被选中，然后染色体X再接η。位与这η。种冷流体Cj (j = 1,2..., η。)--对应，即形成ー个冷流体包围热流体的ニ进制子串，之后，这个2w +n位子串重复Σ&次，就得到整个染色体X = ，其长度H桃+%)ΧΣ'，依次类推，当热流体通道总nhnc数Σ'>冷流体通道总数Σ'吋，则上述染色体X的ニ进制子串变为热流体包围冷流体，即有2nh+n。位，重复此子串Zへ次后得到相应的通道排列染色体X = ,其中7=(2 +ル)ΧΣ' ; 第三歩，建立通道排列染色体X的适值函数或者是目标函数F (χ)，即 F(x) = min(min(X(x))，min(X2(x))，....，minCQ(x))，···) 上式中下标wk(k= 1，2，...，P)代表P种不同的通道束位置权重分布，/(X)代表在Wk通道束位置权重分布下，染色体χ的zigzag曲线各线段中点并考虑线段长度权重的均方根偏差，从公式中可以看出，适值函数F(X)包括两级优化，即首先在固定通道束位置权重分布wk(k = 1,2, . . . , P)下,优化染色体χ的zigzag曲线各线段中点的均方根偏差，得到其最小值min(/Wi(x))以及所对应的染色体X，然后在此基础上，比较P种不同通道束位置权重分布下的计算結果，最終取他们中的最小均方根偏差值所对应的染色体χ作为优化結果；上述P种不同通道束位置权重分布Wk (k= 1，2，...，P)的形成过程如下首先将第二步构造的通道排列染色体χ首尾连接形成ー个染色体环，则当热流体通道总数nhncZNk <本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：厉彦忠，赵敏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。