基于知识及遗传退火混合算法的翅片管换热器管路优化方法

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。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第 29卷增刊 ·82·化工进展翅片管式换热器的数值模拟与优化司子辉,张燕,康一亭,欧顺冰(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039摘要:利用 FLUENT 数值模拟方法,研究两种翅片(波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片的表面流动性与传热性,得到不同风速表面传热系数的分布。

表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为 5%~10%,证明该模拟方法的正确性。

研究结果表明:当气流速度不同时,波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%~28%,节约能耗,强化传热。

关键词:翅片;数值模拟;表面传热系数中图分类号:TB 657.5; TQ 008 文献标志码:A 文章编号:1000– 6613(2010 S2–082– 05Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing(School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan , ChinaAbstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heattransfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer.Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient翅片管式换热器应用广泛,其强化传热的数值模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。

2007年第4期 总第158期低 温 工 程CRYOGE N I CSNo 14 2007Sum N o 1158基于遗传算法的板翅式换热器优化设计敖铁强 余建祖 高红霞(北京航空航天大学航空科学与工程学院 北京 100083)摘 要:以板翅式换热器的质量为目标函数,以换热器芯体外形尺寸和冷热两侧翅片参数为优化变量,分别采用改进遗传算法和基本遗传算法对其结构尺寸进行优化设计。

结果表明,与原始数据相比,换热器的质量明显减小,同时证明改进遗传算法的有效性和先进性。

关键词:板翅式换热器 遗传算法 优化设计中图分类号:TB657.5 文献标识码:A 文章编号:100026516(2007)0420060205收稿日期:2007201212;修订日期:2007207219作者简介:敖铁强,男,28岁,硕士研究生。

O p ti m um design of p la te 2fi n hea t exchanger based on genetic a l gor ith mAo T ieqiang Yu Ji a nzu GaoH ongxia(School ofA eronau tic Sci en ce and Technol ogy ,Beiji ng Un i versit y ofAeron auti cs and A stronau tics ,Beiji ng 100083,Ch i na)Abstr act :A modified genetic a l g orithm and si m ple genetic a l g orit h m were used to opti m iz e t h e str uc 2ture size of p late 2fi n heat exchanger(PFHE ).A ccordi n g to diff erent requ ire ments of design ,t h e we i g h t of the PFHE could be taken as object(target)f unction by G A .The di m ensi o ns ofPF H E and the para meters of t w o sides .fi n s shou l d be opti m ized .Co mpared w ith the designed results ,it sho wed t h at the weight of PF H E opti m iz ed i n th i s work was reduced obvi o usly and the va li d ity and advan tage of the modified genetic a l g o 2rit h m was proved .Th is method was un i v ersal and cou l d be used f or dif ferent opti m um desi g n of PF H E .K ey w ords :plate 2fin heat exchanger ;genetic algorithm;opti m iz ed design1 引 言换热器是飞机环境控制系统的关键部件,占据了系统很大的质量和体积。