换热器入口段结构优化设计探析

板翅式换热器的结构优化发布时间：2022-05-23T06:19:33.456Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月第3期作者：倪艮丹[导读] 板翅式换热器是一种高效、传热效率高的换热设备。

由于结构紧凑倪艮丹杭州中泰深冷技术股份有限公司 311400摘要：板翅式换热器是一种高效、传热效率高的换热设备。

由于结构紧凑，重量轻，成本低。

它还具有提高传热表面利用率，减少整个换热器与周围环境之间的交换的优点。

板翅式换热器因其诸多优点而得到广泛应用。

目前，我国板翅式换热器的设计方法工作量大，可靠性低。

下面本文讨论了如何优化板翅式换热器的结构。

关键词：板翅式换热器；流量分配；理论模型；数值计算；结构优化1板翅式换热器结构概述自1930年Marston Excel Sior公司首次开发板式翅片换热器以来，经过80多年的发展，已得到广泛应用。

由于其传热效率高、适应性强、制造工艺复杂，国内外对其进行了理论分析、实验研究、优化设计、工艺改进和新材料应用等方面的研究。

板翅式换热器是最先进的换热设备之一，在我国，体积小，重量轻，高热效率，耐用性、适应性强的优点，设计成在传热管壳式换热器传热面积10倍以上的条件下，每单位体积的流体和传热面积相同，仅管壳式换热器的重量为15-20%，可用于各种介质（气体和气体，气体和液体，液体和液体）、传热和相变凝结和蒸发，因为它的许多优点，已广泛应用于空气分离、石油化工、航空航天、电子等领域，原子能，导弹、车辆、船只（燃气轮机）、动力机械、机床、冶金、油冷却器制冷，而热能的利用，余热的回收利用，在较低的原材料成本和一些特殊用途下取得了显著的经济效益，传统设计方法的板翅式换热器是首选，冷却介质的流动和换热面，然后假设几何尺寸进行多次试验，直到满足换热器的所有约束条件，称为试验误差。

换热器由该方法设计的质量通常依赖于设计者的经验，工作量很大，和解决方案只有一个可行的解决方案，而非最优解随着科学和技术的发展。

浅析管壳式换热器结构优化设计摘要作为一种应用宽广、普及面大的压力容器，以及作为工业换热设备里面的一个最为基础的构建，管壳式换热器在工业中极为常见。

谈及管壳式换热器结构优化，其涉及问题较多，而其最基本的问题是多参数的耦合。

本文在以上认识基础上，对管壳式换热器的传热和压降模型进行分析，进一步分析出管壳式换热器设计的最优化结果，以此找到管壳式换热器的结构设计上最优化的方案，这个方案对管壳式换热器的体积、换热过程、降压损失等都进行了全面的考虑。

关键词管壳式换热器；优化；换热；设计；模型1管壳式换热器结构及原理管壳式换热器，其英文为shell and tube heat exchanger，也称为列管式换热器。

其工作原理是在一个封闭的、管壳形状的空间里面传热，其设计结构较为简洁，并且操作简单方便，一般使用金属材料进行制造，能够在高温、高压的环境下使用，并且应用面广泛，普及面较大。

管壳式换热器的组成主要是壳体、传热管束、管板、挡板、管箱等部件。

一般而言，壳体即外形主要是圆筒形，在圆筒形内部设计有固定在管板上面的管束，而冷热两种流体就分别在管束内和管束外流动，在管内流动的按照惯例称为管程流体，在管束外流动的按照惯例称为壳外流体，其意思是在管壳一面流动。

一般而言，管壳式换热器的壳外流体传热分系数要想提高，就会增加管壳里面的挡板数量，数量家多的挡板能够有效加速壳层流体的速度，相应增加了流体的湍流程度。

在管壳式换热器内部，管束每经过一次流体惯例称为一个管程，外壳每经过一次流体惯例称为一个壳程，而在管箱内增加隔板，会让流体在管束里面进行多次往返，惯例成为称为多管程；在壳体内设计增加挡板，也会让流体在壳体空间中进行多次往返，惯例称为多壳程。

根据需要，可以对多管程和多壳程搭配使用，提高使用效率，达到需要的效果。

2管壳式换热器结构优化设计原理与方法研究2.1Colburn Donohue 法管壳式换热器较为复杂的部分主要集中在其壳侧部分，在壳侧部分的传热、流动，其原理、过程都相对复杂，因此对管壳式换热器的壳侧的传热、降压计算尤其需要投入更大的关注。

268化工机械2021年面向封头流动不均匀性的板翅式换热器通道布局优化设计彭翔“高启龙1（1.浙江工业大学机械工程学院；2.浙江大学机械工程学院）摘要通道布局优化是改善入口流动不均匀性对板翅式换热器传热性能恶化效果的有效手段。

建立了基于积分平均温差法的换热器热力学计算模型，提出了基于粒子群算法的考虑封头流动不均匀性的通道布局优化设计方法。

结果显示，进入翅片区域的流体质量流量的平均值越低、标准差越高，通道布局优化设计对换热器的热补偿效果越明显。

关键词板翅式换热器流动不均匀性通道布局优化设计中图分类号TQ051.5文献标识码A 板翅式换热器由封头、导流片及多层翅片等组成。

换热器设计是一个进行封头入口段流动分析和多层翅片组成的换热区域热力学设计的综合过程[I]O通过入口段结构与流动的关联分析确定的圭寸头出口流动不均匀性，会导致进入换热区域的冷热流体的流动分布不均匀，对换热区域的通道布局优化和翅片结构优化设计产生严重的恶化影响。

为了改善封头入口段流动不均匀性，国内外研究学者在传统瓜皮式封头结构的基础上，提出了一系列改进封头结构。

Ismail L S等构建了带隔板的多种封头结构，进行了理想和实际工况下的压降分析计算[2]o王少华等提出了一种新型导流翼封头结构，通过仿真优化确定流动均匀性最好的结构参数为导流翼角70。

、翼片顶端安装距离6mm[3]o李焱等提出了一种“先分配，后混合”的气液两相分配封头，数值模拟结果显示新封头结构使流动不均匀度下降了一个数量级⑷。

虽然这些改进封头结构减少了封头出口流动不均匀性，但无法彻底消除封头流动不均匀性，在换热区域的设计中仍需考虑封头流动不均匀性的影响。

换热区域的冷热流体换热效果是衡量板翅式换热器性能的关键。

国内外学者提出了一系列文章编号0254-6094（2021）02-0268-07通道布局优化方法改善换热均匀性，减少换热损失。

Zhou Y Y等提出了一种基于熵产最小化原理的板翅式换热器优化设计方法，优化分配冷热通道间传热面积，确定翅片高度和翅片间距的最优值[5]。

基于大直径固定管板式换热器结构优化设计分析摘要：大直径下的固定管板式换热器广泛应用于电力、轻工业、石油业等行业。

换热器的应用是工业中最重要的设备，通过固定管板式换热器的应用发现可以利用换热器的高低温度带来良好的经济效益。

但是固定管板式换热器在进行检修和清洗的过程中比较麻烦，本文通过换热器的分类结构进行了相应的分析，只有固定管板式换热器换热器的内部结构不断得到优化实施，内部的结构得到优化实施后，才可以有效的提高在企业的应用，给企业带来良好收益的同时，也稳定了企业内部的发展。

关键词：换热器；固定管板式换热器；结构1换热器的分类1.1固定管板式换热器Gardner于1948年提出等效实心管板理论，等效实心管板理论的提出极大程度上提升了换热器的应用。

固定管板式换热器的工作原理是运用了材料之间互相传递热量的结构进行传递的，换热器是由外表的壳体与两端的管板组合而成，换热器的构造结构比较简单，制造材料的应用易获取，其成产制造成本低，在进行清洗的过程中，由于结构简单，清洗能力也是比较方便的。

广泛应用于电力、轻工业、石油业等行业的应用，通过固定管板式换热器的应用发现可以利用换热器的高低温度带来良好的经济效益。

但是固定管板式换热器在进行检修和清洗的过程中比较麻烦，其温差之间也受到极大的限制。

固定管板式换热器换热器的内部结构不断得到优化实施，只有内部的结构得到优化实施后，才可以有效的提高在企业的应用，给企业带来良好收益的同时，也稳定了企业内部的发展。

1.2U型管换热器U型管换热器的结构特点相对于来说还是比较简单的，它的结构只有一块管板，管板在生产的过程中，形状呈现U型的形状，在管板的两端制定同一块短板上，它的管束是可以自由伸缩的，这种结构的设计极大程度上减少了材料的使用，U型管换热器的表面密封度少，在后期运行的过程中有极其稳定的性能。

它的缺点就是在它的外形的形状上，在清洗U型管换热器的过程中，由于它形状呈现U型的形状，在进行清洗的过程中，造成不易清洗的困难，因此，使用率造成不断的降低。

供热系统中的换热器设计与优化研究随着城市发展和人们对生活质量要求的提高，供热系统在冬季供暖中起着至关重要的作用。

作为供热系统中的核心部件，换热器的设计和优化对整个供热系统的能源效率和运行稳定性具有重要影响。

本文将讨论供热系统中的换热器设计与优化的研究。

首先，我们将讨论换热器的设计。

换热器的设计主要包括换热区域的尺寸和结构、流体路径和传热性能等方面。

在换热区域的尺寸和结构方面，设计师需要考虑供热系统的需求和运行条件，确定换热器的尺寸和形状。

此外，还需要考虑材料的选择，以确保换热器能够承受高温和压力。

在流体路径方面，设计师需要尽可能减少流体的阻力和压降，以提高换热效率。

在传热性能方面，设计师需要考虑换热器的传热面积、传热系数和温度差，以确保换热器能够有效地传热。

其次，我们将讨论换热器的优化。

换热器的优化旨在提高换热器的效率和性能。

在供热系统中，换热器的效率直接影响到系统的能源消耗和运行成本。

因此，提高换热器的效率是供热系统优化的关键。

为了提高换热器的效率，可以采取以下几种方法。

首先，通过改变换热器的设计参数，例如增加传热面积、改变流体路径等，来提高换热器的传热性能。

其次，可以使用先进的材料和技术来提高换热器的传热效率。

例如，使用高导热材料和表面改性技术来增加传热面积和传热系数。

此外，还可以使用先进的控制策略和设备来优化换热器的运行。

例如，使用智能控制系统来监测和调节换热器的运行状态，以最大限度地提高换热器的效率和性能。

此外，换热器的清洁和维护也是非常重要的。

由于供热系统中的水含有大量的杂质和水垢，换热器很容易受到污染和堵塞，从而导致换热效率下降。

为了保证换热器的正常运行和长期稳定性，必须定期进行换热器的清洁和维护。

清洁和维护换热器可以采取以下几种方法。

首先，可以使用化学药剂来清除换热器内的水垢和污染物。

其次，可以定期对换热器进行检查和维修，以确保其正常运行。

此外，还应定期更换换热器的密封件和防腐蚀涂层，以延长换热器的使用寿命。

探析电厂热网加热器的优化设计文章提出了一种新型的热网加热器设计，将新型热网加热器与传统结构的热网加热器进行对比，阐述了新型热网加热器的特点，保证新型换热器的性能和使用安全。

标签：新型热网加热器；，优化设计；设计计算1 热网加热器的设计参数2 新型换热器结构设计2.1 热网加热器结构选型热网加热器主要利用汽轮机或锅炉引来的蒸汽（加热介质）来加热热水供应系统里的循环水，作为热网系统的关键设备，传统结构上一般采用管壳式换热器。

而列管式换热器中，以U形管换热器和固定管板式换热器较为普遍。

对比U形管换热器，U形换热管的布管相比并不均匀，抗震性能不好，坏管率相比直管要高。

而固定管板式换热器，管程清洗方便，换热管损坏时更方便堵管或更换。

所以新型热网加热器的结构选择在固定管板式换热器结构的基础上进行优化设计。

2.2 水室设计考虑热网加热器的实际运行环境，选用椭圆形封头水室，封头顶部设置HG/T521521标准人孔，同时在水室内设置分程隔板，分程隔板上设有把手，以便于设备的清洗与维护[1]，为了保证水室的使用寿命，在分程隔板均设有加强筋，避免在循环水长期的冲蚀下，分程隔板发生变形，影响设备的正常运行。

分程隔板的位置取决于换热器的实际布管情况。

2.3 管束的设计2.3.1 换热管的选择换热管通常选取不锈钢材质和碳钢材质，对比在相同的换热面积下进行设计，满足设计要求的碳钢管为：19x2.0，不锈钢焊接换热管为19x0.9，选用不锈钢换热管的管束重量将比碳钢管换热管重量减少51%左右。

其次，根据国内大型热网加热器的运行使用情况来看，不锈钢换热管的运行情况最好[2]。

综合考虑设备的运输，运行维护成本，以及使用寿命等因素，不锈钢焊接管为优先选择。

2.3.2 换热器布管在蒸汽入口侧，考虑蒸汽入口侧流量较大，同时按照GB/150.3-2011不另行补强的最大开孔直径要求，选择在壳程筒体上开有两个蒸汽抽气孔。

这样做的优点在于简化了筒体的结构，增加了蒸汽的流通面积，而且便于设备的清洗与维护。

换热器设计与优化研究随着现代工业的发展，许多生产活动需要进行能量转换，而换热器便成为了其中极其重要的一环。

换热器可用于各种领域，例如化学工业、石油炼制、航空航天、发电、核技术等。

换热器的主要功能就是将热能从一个介质传递到另一个介质，以满足不同介质的不同需求。

因此，换热器的设计和优化至关重要。

换热器的设计是一个以热量传递为基础的工程学问题，其设计目的是在满足一定传热面积和传热系数的条件下，使得传热介质在换热器内得到最佳的物质和能量利用。

换热器的设计涉及到许多参数，例如：介质的温度、流量、粘度等，换热器的传热系数、传热面积、传热方式、材料特性、流体状态等。

这些参数之间的相互关系非常复杂。

因此，在设计换热器时需要考虑许多因素，并且对于不同的领域，更是需要根据具体的需求来设计换热器。

在设计换热器时，首先需要确定传热方式。

常见的传热方式有自然对流传热、强迫对流传热和辐射传热。

不同的传热方式对换热器的设计有着不同的影响。

例如，在流动性差的介质中，自然对流传热通常比较有效。

而在流动性较好的介质中，强迫对流传热则更加适用。

另外，热交换器的传热面积也是设计的关键之一。

传热面积的大小直接影响到传热效率。

在设计过程中，需要根据传热流体的流量和温度等参数来计算所需的传热面积。

此外，在确定传热面积时还需要考虑工程成本等因素，以便在设计过程中实现经济优化。

换热器的传热系数也是设计过程中需要考虑的关键因素之一。

传热系数取决于介质的物理属性、流动方式、流量等因素。

为了提高换热器的传热效率，需要通过设计合理的流动状态、增加传热表面积、提高介质的流速、修改传热器结构等措施来提高传热系数。

除了这些参数之外，换热器的材料选择也非常重要。

通常，换热器需要在各种不同的工况下进行运行，因此需要根据具体的应用场景来选择材料以确保其稳定性和耐腐蚀性。

不同的材料会对传热效率产生不同的影响，因此需要在设计过程中权衡各种因素以选择最适合的材料。

在设计换热器的过程中，经常需要进行优化，以确保该换热器在不同的工作条件下都能够达到预期的效果。

板式热交换器的优化设计与分析板式热交换器是一种高效、节能的传热装置，广泛应用于化工、电力、冶金、食品、制药等领域。

其工作原理是将热源流经一个板式热交换器内部的多个通道，并与传导介质进行热交换，将热量传递至冷源，从而达到传热的目的。

板式热交换器的优化设计与分析，可以实现其更好的效率和可靠性。

一、流体动力学模拟板式热交换器内部的流动状态对于热交换效率具有重要影响。

对于板式热交换器的设计和分析，需要进行流体动力学模拟，以掌握热流、压降等参数的分布情况。

这需要借助计算流体力学（CFD）软件进行模拟，以模拟流体在热交换器内部的流动情况。

在进行流体动力学模拟时，需要考虑流体所处的状态、流速、流量等因素，并进行相应的计算。

通过热交换器内部的流动模拟，可以分析流体的流动路径、速度、压降等参数的分布情况。

同时，还可以对流体内部的传热效率进行分析，以实现板式热交换器的优化设计。

二、热传递特性分析热传递特性是板式热交换器的核心指标之一，其决定了热交换效率的高低。

要充分利用板式热交换器的热传递特性，需要从几个方面进行优化设计：1. 流量优化流量是决定热交换器传热效率的关键因素之一。

在板式热交换器中，生产流量和管束流量之间的差异会影响其热传递特性。

因此，在板式热交换器仪表的帮助下，应对其流量进行监测，以实现热交换器的流量优化。

2. 换向器位置优化换向器的位置对于热传递特性也有一定影响。

在板式热交换器的设计中，应根据实际工艺要求，确定换向器的位置，以保证其效率和稳定性。

3. 径向流形态优化板式热交换器中的径向流形态也会影响其热传递特性。

在优化设计过程中，应关注细节，对热交换器内部的径向流进行合理的限制和调整，提高其传热效率。

三、板式热交换器内部灰积堵塞问题在使用过程中，板式热交换器内部会出现灰积堵塞问题，这会大大影响其传热效率和使用寿命。

灰积堵塞主要是指在内部壁面和管束内部积聚的污垢，它们会影响热交换器内部的流动状态和热传递效率。

高性能换热器设计与优化换热器是一种用于加热或冷却流体的设备，广泛应用于工业生产、能源系统和空调等领域。

高性能换热器的设计与优化是提高设备性能和效率的关键。

本文将探讨高性能换热器的设计原则、常见问题及其优化方法。

高性能换热器的设计考虑因素较多，其中包括换热效率、紧凑性、流动阻力、材料选择等。

首先，换热效率是衡量换热器性能的重要指标。

通过增加传热表面积和改善流体流动方式，可以提高换热效率。

例如，增加热交换管的数量和长度，采用增强换热片或管子的内部结构，都可以增加传热表面积，从而提高换热效率。

其次，紧凑性是换热器设计的另一个重要考虑因素。

在有限的空间内实现高效的换热是挑战性的。

为了实现紧凑性，可以采用一些设计手段，如采用多流通道、采用波纹管或薄膜技术、增加管子的内部通道，以增加流体流动的路径，从而提高换热效果。

流动阻力是流体在换热器内部运动过程中所遇到的阻力，也是影响换热器性能的重要因素之一。

在设计过程中需要平衡换热效率与流动阻力之间的关系。

如果流动阻力过大，会导致能源的浪费和系统压力的增加，从而影响设备性能。

为了降低流动阻力，可以采用一些优化措施，例如增加流道的宽度、设计合理的角度和弯曲半径，减小局部流动的阻力。

此外，材料的选择对于换热器的性能和耐久性也起着重要的作用。

常见的材料包括金属和非金属材料。

金属材料具有良好的导热性和机械强度，但在一些特殊工况下可能受到腐蚀和腐蚀疲劳的影响。

非金属材料具有耐腐蚀性和良好的绝缘性能，但其导热性和机械强度较差。

因此，在选择材料时需要综合考虑使用环境、工作压力和温度等因素。

在实际应用中，有一些常见的问题需要特别关注和优化。

首先，换热器内部的污垢和结垢可能会降低换热效率，增加流动阻力。

因此，定期清洗和维护换热器是必要的。

其次，换热器内部的冷凝水和冷却液可能会导致腐蚀和腐蚀疲劳。

因此，适当的防腐措施和材料选择是必要的。

为了进一步优化高性能换热器的设计，可以采用一些先进的技术和工具辅助设计。

高效换热器设备的设计与优化方法探析摘要：换热器作为热力设备中的重要组成部分，在工业生产和生活中发挥着关键的作用。

为了提高换热器的热效率和传热效果，设计与优化方法的研究成为了热工学领域的热点和难点问题。

本文将详细探析高效换热器设备的设计与优化方法，包括换热器的结构设计、传热面积的优化、流体流动形式的优化等方面的内容，并对当前面临的挑战和未来的发展方向进行了展望。

1. 引言高效换热器设备的设计与优化是为了提高热能利用效率和降低能源消耗，在工业生产和生活中具有重要的意义。

换热器通过两种或多种介质之间的热传递来实现能量的转移和利用，广泛应用于电力、石化、制药、冶金等领域。

因此，研究高效换热器设备的设计与优化方法对于提高工艺效率、降低能源消耗具有重要意义。

2. 高效换热器的结构设计换热器的结构设计是提高换热效率和传热效果的关键。

在结构设计中，应该考虑到以下几个因素：（1）传热面积的设计：传热面积是影响换热器传热率的重要因素。

在设计中要合理确定传热面积，既要保证传热效果，又要考虑到成本和占地面积的限制。

（2）流体流动的方式：流体流动的方式是影响换热器传热效果的关键因素。

合理选择流体流动方式可以有效地提高传热效率，降低压降和能耗。

（3）管子的布局和尺寸：管子的布局和尺寸对于换热器的传热效果有极大的影响。

在设计中应该考虑到管子的数量、直径和长度等因素，以充分利用流体的传热能力。

（4）换热介质的选择：不同的换热介质具有不同的传热性能，正确选择换热介质可以提高传热效率和传热效果。

3. 传热面积的优化方法传热面积是影响换热器传热效果的重要因素。

为了提高传热面积的利用率，可以采取以下几种优化方法：（1）增加传热面积：通过增加传热面积，可以提高换热器的传热效率。

常用的方法包括增加管道长度、增加管道数量等。

（2）优化换热器结构：通过优化换热器的结构，可以提高传热面积的利用率。

例如，采用多级传热器或增加传热介质流动的分支管道等方法。