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管翅式换热器性能及结构综合优化的热设计方法陈维汉周飚华中科技大学能源与动力工程学院摘要：本文给出一种由翅片<或肋片）管组成的管翅式换热器的优化设计新方法。
该方法的理论依据是给定换热器结构材料而使的换热量最大的两侧换热表面的最佳匹配准则和两侧流体流动换热过程最佳的结构尺寸准则，以及使可用能损失率最小的最佳运行参数准则。
利用三个准则间的关系，采用迭代方式完最终成换热器的优化设计。
这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好与运行费用低的目的，且能在设计阶段实现。
关键词：管翅式换热器、换热表面间的最佳匹配准则、换热过程最佳结构参数准则、换热过程可用能损失率分析、考虑综合性能的优化设计法图书分类号：TK1241 引言管翅式换热器是广泛应用的热交换设备之一。
它常常应用在两侧流体的换热性能相差甚大的情况下，通常是以管外侧安装翅化表面来减小换热性能较差流体的换热热阻，而换热性能较好的流体在管内流动仍然保持较小的换热热阻，从而达到整体增强换热器传热效果的目的。
对于这样的换热器，如何去设计和运行是摆在工程技术人员面前的首要问题。
对于换热表面的设计，传统的做法是力求使两侧的换热热阻相同以获得最大的传热效果，这是等热阻匹配原则[1]。
这种认识如果从投资成本上来考虑，就是十分不可取的办法。
本文作者曾针对这一问题进行过专门的分析，导出了在给定投资费用<或换热面材料）的前提下两侧换热表面的最佳匹配关系式，即换热面积之比与其换热性能比和投资费用比之间的平方根关系式，这是平方根原则[2]。
按这种原则设计换热面就能达到单位传热量的投资成本最低，从而实现结构设计的优化。
同时，换热器设计的另一个问题是流动参数的设计。
传统的做法是以不超过允许的阻力损失为最后标准来选取流动参数。
这种做法人为因素的影响很大。
正确的办法是以单位传热量可用能损失率最小为目标来寻求流动参数的最佳值[3]。
这样就能实现单位传热量的运行费用最低，从而使流动参数的设计得以优化。
换热器管程换热器管程换热器是一种将热量从一个介质传递到另一个介质的装置，广泛应用于工业生产和生活中的各个领域。
而换热器管程作为换热器的重要组成部分，对换热器的性能和效率起着至关重要的作用。
一、换热器管程的基本概念换热器管程是指换热器中用于传递热量的管道系统，包括进口管道、出口管道以及连接管道等。
管道的设计和布置对换热器的换热效果、能耗和维护都有重要影响。
因此，在设计和选择换热器管程时，需要考虑多个因素，如流体性质、流速、管道材料等。
二、换热器管程的设计原则1. 流体性质：不同的流体具有不同的物理性质和传热特性，因此在设计换热器管程时，需要根据实际情况选择合适的管道材料和管道尺寸，以确保流体能够在管道中充分传热。
2. 流速：流体在管道中的速度对换热器的传热效果有重要影响。
流速过低会导致传热效率低下，流速过高则会增加能耗和压力损失。
因此，在设计换热器管程时，需要合理确定流速范围，以达到最佳的传热效果。
3. 管道材料：换热器管程的材料要具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和导热性能。
常见的管道材料有不锈钢、碳钢、铜等。
根据不同的工况和介质特性，选择合适的管道材料可以延长换热器的使用寿命和提高传热效率。
4. 管道布局：合理的管道布局可以提高换热器的传热效率和运行稳定性。
在设计换热器管程时，需要考虑管道的长度、弯头和连接方式等因素，以减小管道的压力损失和流体的阻力，提高流体的流动性能。
三、换热器管程的优化方法1. 流体优化：通过改变流体的流速和流向，可以提高换热器的传热效果。
例如，采用多通道流动方式可以增加流体与管道壁面的接触面积，提高传热效率。
2. 管道优化：通过合理设计管道的直径、长度和布局，减小管道的压力损失和阻力，可以提高流体的流动性能，达到更高的传热效率。
3. 材料优化：选择合适的管道材料可以提高换热器的耐腐蚀性和导热性能。
例如，在处理腐蚀性介质时，可以采用耐腐蚀材料制作管道，以延长换热器的使用寿命。
四、换热器管程的应用领域换热器广泛应用于许多行业和领域，如化工、电力、制药、食品加工等。
热交换器的选型和设计指南三2010-01-26 20:15:11 来源：热泵热水器技术网浏览：136次11管壳式换热器的设计要点换热器的设计过程包括计算换热面积和选型两个方面。
有关换热器的选型问题，前面已经讲过了，下面主要介绍管壳式换热器的设计要点及如何分析计算结果、调整计算，而设计出满足工艺需要的、传热效率高的换热器。
11.1设计计算的基本模型及换热器的性能参数换热器的性能主要是通过下列公式来描述的。
a.冷、热两流体间热量平衡Qreq=(WCpΔT)hot=(WCpΔT)coldW--流体质量流量Cp--流体的比热hot--热流体cold--冷流体ΔT--进出口温度差b.传热率方程Qact=(A)(ΔTm)(1/ΣR)ΣR=(1/hi)o+(1/ho)o+(Rf)o+(Rw)oΣR--总热阻A--传热面hi、ho--分别为两流体的传热膜系数Rf--两流体的污垢热阻Rw--金属壁面热阻ΔTm--平均温度差O--通常换热计算以换热管外表面为基准c.传热率的估算Qact≥Qreqd.对压力降的限制条件(ΔPi)act≤(ΔPi)allow(ΔPo)act≤(ΔPo)allowΔP--压力降下标i表示管内下标o表示管外11.2换热器的计算类型换热器的计算类型常分为设计计算和校核计算两大类。
换热器计算一般需要三大类数据：结构数据、工艺数据和物性数据，其中结构数据的选择在换热器中最为重要。
在管壳式换热器的设计中包含有一系列的选择问题，如壳体型式、管程数、管子类型、管长、管子排列、折流板型式、冷热流体流动通道方式等方面的选择。
工艺数据包括冷、热流体的流量、进出口温度、进口压力、允许压降及污垢系数等。
物性数据包括冷、热流体在进出口温度下的密度、比热容、粘度、导热系数、表面张力。
a.设计计算 Design设计计算就是通过给定的工艺条件，来确定一台未知换热器的结构参数，并使其结构最优、尺寸最小。
对设计计算应先确定下列基本的几何参数：－－管长－－管间距－－流向角－－换热管外径及管壁厚b.校核计算 Rating校核计算就是评估一台已知换热器的传热性能，即通过校核设备的几何尺寸来看其是否能满足传热要求。
换热器综合性能的优化设计方法研究一、本文概述换热器，作为一种重要的热能传递设备，广泛应用于化工、石油、能源、环保等各个领域。
其性能优劣直接关系到工业生产过程的效率和经济效益。
研究和优化换热器的综合性能具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨换热器综合性能的优化设计方法，为提升换热器的性能提供科学指导。
本文将首先回顾和总结换热器设计的发展历程和现状，分析现有设计方法存在的不足和挑战。
在此基础上，本文将提出一种综合性能优化设计方法，该方法将综合考虑换热器的热效率、流阻、材料成本等多个因素，通过数学建模和数值优化技术，实现换热器的性能优化。
本文还将对提出的优化设计方法进行详细的理论分析和实验研究。
通过对比分析不同设计方法的性能，验证本文所提优化设计方法的有效性和优越性。
本文还将探讨优化设计方法在实际工程中的应用前景和潜在价值。
本文将对全文进行总结，并提出未来研究的展望和方向。
本文期望通过对换热器综合性能的优化设计方法研究，为提升换热器的性能和推动相关领域的科技进步做出贡献。
二、换热器综合性能评价指标在换热器设计优化中，对综合性能的评价是至关重要的一环。
综合性能评价指标不仅涉及到换热器的热效率，还涵盖了其经济性、安全性、耐用性等多个方面。
构建全面、科学的综合性能评价体系，对于提升换热器的整体性能具有重要意义。
热效率是评价换热器性能的核心指标。
它直接反映了换热器在热量传递过程中的效率，通常以换热器的传热系数来衡量。
传热系数越大，说明热量在换热器内的传递效率越高，换热器的热性能越好。
经济性是评价换热器综合性能不可忽视的因素。
在设计优化过程中，我们需要综合考虑换热器的制造成本、运行成本以及维护成本等因素。
例如，通过优化材料选择、结构设计等方式降低制造成本；通过提高换热效率、降低能耗等方式降低运行成本；通过增强换热器的耐用性、减少故障率等方式降低维护成本。
这些措施都有助于提高换热器的经济性。
安全性也是评价换热器综合性能的重要指标之一。
换热器设计方案摘要：换热器是一种常见的设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。
本文旨在探讨换热器的设计方案，包括选择合适的换热器类型、确定换热器尺寸和性能参数等。
通过合理设计和选择合适的换热器，可以有效提高换热效率，降低能源消耗。
引言：换热器是化工、制药、电力等行业常用的设备，用于在流体之间传递热量。
换热器的设计方案会直接影响换热效率和能源消耗。
在设计换热器时，需要考虑不同的因素，如换热介质的性质、工艺要求、经济性和安全性等。
本文将重点讨论选择合适的换热器类型、确定换热器尺寸和性能参数等方面的内容。
1. 选择合适的换热器类型换热器的类型有很多种，如管壳式换热器、板式换热器、管束式换热器等。
在选择合适的换热器类型时，需要考虑以下因素：（1）换热介质的性质：包括流体的温度、压力、流量等参数，以及流体之间的热传导性能。
（2）工艺要求：根据实际工艺需求确定换热器的结构形式和材质选择。
（3）经济性：考虑换热器的成本、维护费用和能源消耗等因素。
2. 确定换热器尺寸换热器的尺寸是设计过程中的重要参数。
根据换热介质的热负荷和流体流量，可以通过热平衡计算或经验公式来确定换热器的尺寸。
（1）热平衡计算：根据换热介质的热负荷和热传导性能，使用热平衡计算方法来确定换热器的传热面积。
（2）经验公式：根据实际经验和类似工艺的数据，使用经验公式来预测换热器的尺寸。
3. 确定换热器性能参数换热器的性能参数是评价换热器效果的重要指标。
主要包括传热系数、热阻和效能等。
（1）传热系数：根据换热介质的性质和流体流量，使用热力学计算方法来确定换热器的传热系数。
（2）热阻：根据换热器的结构形式和材质，计算换热器内外壁的热阻。
（3）效能：根据传热系数和热阻的计算结果，使用效能公式来评估换热器的换热效果。
4. 优化设计方案在设计换热器时，需要考虑很多的因素和限制条件。
通过合理优化设计方案，可以进一步提高换热效率和能源利用率。
（1）流体优化：通过调整流体的流速、流量和流动方式等参数，来优化流体的传热效果。
超临界压力下航空煤油结焦换热综述及实验1. 引言1.1 概述在航空工业中，煤油作为最常用的燃料之一，其品质对航空器的性能和安全起着至关重要的作用。
然而，在高温和超临界压力环境下，航空煤油可能会发生结焦现象，导致燃油系统堵塞，给飞行安全带来威胁。
因此，了解超临界压力下航空煤油结焦过程以及相关的换热机理对于改善航空煤油的使用和保障飞行安全具有重要意义。
1.2 背景目前针对高温和超临界条件下航空煤油结焦问题的研究相对较少。
虽然在其他领域已经做出了一些相关方面的成果和进展，但是这些结果不能直接适用于航空工业领域。
因此，本文旨在系统回顾和总结已有的超临界压力下航空煤油结焦换热综述及实验，并探讨其中涉及的换热机理。
1.3 研究意义通过深入理解超临界压力下航空煤油结焦换热机理，可以为航空工业设计更加高效和可靠的燃油系统提供理论依据。
同时，本文所涉及的实验设计与方法，也为未来进行相关实验研究提供了参考。
通过综述已有的研究成果，并展望未来的发展方向，可以为科学家和工程师们提供更多思路和启示，进一步推动该领域的发展。
以上是文章“1. 引言”部分的内容。
本文将在后续章节中详细阐述超临界压力下航空煤油结焦换热机理、实验设计与方法、结果与分析以及结论与展望等内容。
2. 超临界压力下航空煤油结焦换热机理2.1 超临界压力换热概述超临界条件是指物质处于临界点以上的温度和压力条件下。
在这种高压高温的环境中，航空煤油易于发生结焦现象。
而换热是超临界压力条件下控制结焦的关键过程之一。
在超临界压力条件下，航空煤油的物理性质会发生显著变化，如导致其粘度降低、介电常数增加等。
因此，深入理解超临界压力下航空煤油结焦换热机理对于提高能源利用效率和设计安全运行有效设备具有重要意义。
2.2 航空煤油结焦特点分析航空煤油在高温条件下容易出现结焦现象，并且这种结焦会导致流动阻力增大、传热效果降低以及设备堵塞等问题。
结焦主要是由碳氢化合物在高温环境下发生裂解和聚合反应引起的，最终形成类似焦炭的物质。
换热器的选型和设计指南换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于各个行业和领域，包括化工、石油、电力、食品等。
换热器的选型和设计至关重要，直接影响设备的热效率和工作效果。
本文将从选型和设计的角度，提供一些指南和建议。
一、换热器的选型指南1.确定换热器的功能：在选择换热器之前，需要明确所需的热交换功能，例如加热、冷却、蒸发、凝结等。
同时还需考虑所需的传热方式，如对流传热、辐射传热等。
2.确定换热器的工作参数：根据具体的应用需求，确定换热器的工作参数，包括流体的温度、压力、流量等。
这些参数将直接影响换热器的尺寸、型号和材料选择。
3.选择适当的换热器类型：根据应用需求和流体性质，选择合适的换热器类型，包括壳管式换热器、板式换热器、管束式换热器等。
每种类型都有其适用的特点和限制，需要根据具体场景进行选择。
4.评估换热器的热性能：除了换热器类型，还需评估不同换热器的热性能，包括传热系数、压降、能耗等。
通过对不同类型和厂家的换热器性能进行比较，选择性能最佳的产品。
5.考虑维护和清洁：换热器在使用过程中需要进行维护和清洁，因此需要选择易于维护和清洁的换热器类型和结构。
同时还需考虑清洗液的使用、清洗方法等。
二、换热器的设计指南1.确定换热面积：根据流体的热交换需求和换热器的热传递特性，计算和确定所需的换热面积。
换热面积的大小将直接影响换热器的尺寸和材料成本。
2.确定流体流动方式：根据流体的性质和热交换需求，确定流体的流动方式，包括并流、逆流等。
不同的流动方式将影响换热器的传热效果和压降。
3.选择合适的材料：根据工作环境和流体的性质，选择合适的材料，包括换热管的材料、壳体材料等。
需要考虑材料的耐腐蚀性、强度和耐高温性能。
4.考虑换热器的安全性：换热器设计时需考虑安全因素，包括避免流体泄漏、冲击和爆炸等。
需要确保换热器的结构强度和密封性能，以及安装和使用过程中的安全措施。
5.优化换热器设计：通过计算和模拟，优化换热器的设计，包括优化流体流动路径、调整管束布置、增加换热面积等，以提高换热器的热效率和运行性能。
换热器的设计范文引言:换热器是一种用于传递热能的设备，广泛应用于工业生产和生活中。
换热器的设计对于能源的节约和热能的利用具有重要意义。
本文将详细介绍换热器的设计原理、构造要素以及设计过程，并提出一些优化建议。
一、换热器的设计原理1.1热传导原理热传导是换热器中热能传递的主要方式。
热传导的原理是通过分子间的碰撞使得热能从高温区传递到低温区。
换热器的设计应该充分利用热传导原理，以提高热传导效率。
1.2对流换热原理对流换热是指通过流体的运动将热能从一个地方传递到另一个地方。
对流换热的效率取决于流体的速度和传热面与流体之间的接触程度。
设计时应该考虑流体的流动状态，以提高对流换热效率。
二、换热器的构造要素2.1传热介质传热介质是换热器中传递热能的媒介物质，通常是液体或气体。
选择合适的传热介质对于换热器的效果至关重要。
传热介质的选择应该考虑其导热性能、流动性能和耐腐蚀性能等因素。
2.2热交换面积热交换面积是指用于传递热能的换热器表面的总面积。
热交换面积的大小直接影响换热器的传热效率。
设计时应该合理确定热交换面积，以提高传热效果。
2.3热阻热阻是指热量在传递过程中的阻碍程度，是换热器性能的重要衡量指标。
设计时应该尽量降低热阻，提高换热器的传热效率。
三、换热器设计的步骤3.1确定换热器的工作条件3.2选择合适的换热器类型根据工作条件和传热要求，选择适合的换热器类型。
常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器和空气换热器等。
根据具体的需求，选择合适的换热器类型。
3.3计算换热器的换热面积根据传热介质的换热要求，计算所需的换热面积。
换热面积的计算可以根据换热器类型和传热方程进行。
其中，传热方程可以根据热传导和对流传热原理进行建立。
3.4确定换热器的结构参数根据所选的换热器类型和计算的换热面积，确定换热器的结构参数。
包括传热介质的进出口位置、传热面的布置方式以及其他相关元件的设计等。
3.5进行换热器的优化设计根据设计的初步结果，进行换热器的优化设计。
ABSTRACTexchangers as well as analyzes influences the number of tube passes impose on correction factor F T.Setting the tube location and heat transfer surface as variables and minimum total cost as objective function value,the author uses mixed integer nonlinear optimization program(MINLP)to solve the heat exchanger transfer,obtain the number of the tubes and shells of the heat exchanger and compute the heat transfer temperature difference correction factor F T at the same time.The author optimally synthesizes the heat exchanger network while considers the detailed design of the heat exchanger. Finally,in terms of the influence of the detailed design of the heat exchangers,the author proposes a composition decomposition strategy based on the TEMA standard to achieve the goal of detailed design of multi-pass heat exchangers under the framework of the energy consumption.The example results show that the detailed design of the heat exchanger influence the optimal synthesis of the heat exchanger network,and the structure of the heat exchanger network influence the design of the heat exchanger.In order to realize the goal of energy-saving and cost-reducing,both the detailed design of the heat exchanger and the optimal synthesis of the heat exchanger network must be considered simultaneously.Key words:Heat exchanger networks;Optimal synthesis;Detailed design;Multi-pass heat exchanger;Heat transfer difference correction factor目录硕士学位论文独创性声明 (I)硕士学位论文版权使用授权书 (I)摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1管壳式换热器的详细设计 (2)1.2.2多程换热网络最优综合 (3)1.2.3基于换热网络最优综合的换热器详细设计 (3)1.3研究内容及结构 (4)第2章换热器详细设计与换热网络最优综合 (5)2.1基于TEMA标准的换热器详细设计 (5)2.2换热器设计参数与换热网络最优综合 (7)2.2.1换热器传热系数 (7)2.2.2换热器传热面积 (10)2.2.3换热器详细设计步骤 (11)2.3示例分析 (13)2.3.1示例1 (13)2.3.2示例2 (14)2.4本章小结 (16)第3章基于换热器详细设计的换热网络最优综合 (18)3.1多程管壳式换热器F T修正因子 (18)3.1.1F T修正因子基本概念 (18)3.1.2F T修正因子表达式的推导 (20)3.1.3示例分析 (26)3.2基于超结构模型的多程换热网络最优综合 (27)3.3基于换热器详细设计的多程换热网络最优综合 (31)3.4示例分析 (33)3.5本章小结 (35)第4章换热网络集成框架下的换热器详细设计 (37)4.1换热网络最优综合的分解协调策略 (37)4.2基于传热系数的换热网络节能框架下的换热器详细设计 (38)4.2.1实现方法 (38)4.2.2示例分析 (40)4.3换热网络节能框架下的换热器详细设计 (42)4.4示例分析 (44)4.5本章小结 (48)第5章结论 (49)参考文献 (51)附录A在学期间研究成果 (54)致谢 (55)第1章绪论1.1研究背景及意义随着经济不断地发展，对能源的需求量也越来越高，当前的能源不足的问题可以通过节能降耗的手段进行缓解与改善。
