熵产最小化在板翅式换热器优化设计中的应用_石小闯

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。

翅片结构优化计算翅片作为一种常见的传热元件，其结构的优化计算对于提高传热效率和减少能源消耗具有重要意义。

本文将针对翅片结构优化计算展开介绍，包括翅片的优化目标、优化方法以及案例分析等内容。

1.翅片结构优化目标翅片结构的优化目标通常包括以下几点：(1)最大化传热效率：通过优化翅片的形状和尺寸，使得热量能够更加有效地从热源传递到冷却介质中，从而提高传热效率。

(2)最小化翅片材料的使用量：通过控制翅片的尺寸和间距等参数，降低翅片的材料消耗，减少成本和能源消耗。

(3)最小化流体阻力：在翅片结构的优化过程中，还需要考虑到流体在翅片间的流动情况，通过优化翅片的形状和排列方式，降低流体的阻力，提高传热效率。

2.翅片结构优化方法为了实现翅片结构的优化，可以采用以下几种方法：(1)数值模拟方法：通过建立热传导和流体动力学的数学模型，利用计算机软件进行数值模拟和计算，得到不同翅片结构的传热效果，从而进行优化。

(2)实验方法：通过设计和制备不同尺寸和形状的翅片样品，搭建相应的实验装置，通过实验测试得到不同参数下的传热效果，进行优化。

(3)经验公式方法：根据已有的经验公式和实验数据，通过数学计算和拟合，得到定量的优化参数，进行翅片结构的优化设计。

3.翅片结构优化案例分析以汽车散热器中的翅片结构优化为例，介绍翅片的结构优化计算。

首先，通过数值模拟方法，建立汽车散热器中的热传导和流体动力学的数学模型，计算得到不同尺寸和形状的翅片的传热效果，例如传热系数、温度分布等。

然后，通过对比不同参数下的传热效果，选择出传热效果最好的翅片结构，例如传热系数最大、温度分布最均匀等。

接下来，通过经验公式方法，计算出最佳的翅片间距、翅片高度等参数，使得翅片的材料消耗最小，从而减少成本和能源消耗。

最后，采用实验方法验证优化后的翅片结构的传热效果，通过实测数据和相应的统计分析，验证翅片结构的优化效果。

总结：通过翅片结构优化计算，可以提高传热效率、减少能源消耗和材料消耗，广泛应用于热交换领域，例如散热器、空调等。

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。

板翅式换热器的研究与应用进展板翅式换热器是一种常用于工业生产和能源领域的热交换设备，具有体积小、换热效率高的特点。

它由一系列平行排列的金属板和夹在其间的金属翅片组成，通过板间流体与翅片的接触，实现热量的传递。

本文将对板翅式换热器的研究与应用进展进行探讨。

首先，板翅式换热器的研究重点主要集中在以下几个方面：材料选择、传热机理和换热性能提升。

对于材料选择来说，板翅式换热器需要具有良好的导热性和耐腐蚀性，目前常用的材料有铜、铝和不锈钢等。

针对传热机理的研究，学者们通过实验和模拟计算等手段，探索流体在板间和翅片上的传热方式和规律，以此为基础进一步提升换热效率。

此外，还有一些研究致力于改进板翅式换热器的设计和结构，如采用薄翅片、波纹状翅片等方式，以增加传热表面积，提高传热效率。

其次，板翅式换热器在各个领域的应用也得到了广泛推广。

在工业生产领域，板翅式换热器广泛应用于化工、冶金、电力等行业的设备冷却、热回收等过程中。

例如，在化工领域，板翅式换热器常被用于氨合成、制冷装置等工艺过程中的热交换。

此外，在能源领域，板翅式换热器也被广泛应用于锅炉余热回收、核电厂的冷却系统等领域。

此外，板翅式换热器还可以用于汽车、船舶等交通工具的散热系统中，以提高发动机的工作效率。

值得一提的是，板翅式换热器在环境保护领域也有广泛的应用。

由于其紧凑的结构和高效的换热性能，板翅式换热器可以大大减少工业生产和能源领域的能耗和排放量。

例如，在电力行业，采用板翅式换热器可以实现烟气的余热回收，提高电站的热效率，减少二氧化碳的排放。

此外，板翅式换热器还可以应用于工业废水的热回收和再利用，减少对自然资源的消耗，实现可持续发展。

总之，板翅式换热器作为一种高效紧凑的热交换设备，具有广泛的研究和应用前景。

随着材料科学和工艺技术的不断发展，板翅式换热器的性能还有望继续提升。

未来，我们可以期待通过进一步研究和改进，板翅式换热器在工业生产和能源领域的应用范围将进一步扩大，为人们提供更加高效可靠的热交换解决方案。

铝制板翅式换热器的设计研究摘要:随着我国工业建设的发展，新设备逐渐应用到工业生产中。

铝制板翅式换热器的运行给化工企业带来了方便。

铝制板产品具有重量轻、导电性高、导热性好等特点。

结合铝板翅式换热器的相关导流结构，针对相关技术操作规程和数据软件分析，从优化设计的角度研究了各种导流装置的结构模型，并对一定条件下的结构优化设计进行了分析。

关键词:铝制板翅式换热器;参数;材料选择;结构设计;前言铝制板翅式换热器具有体积小、重量轻、效率高、适应性强等优点，可满足错流、逆流、错逆流等多种不同介质同时换热，可同时进行气液、气液、冷凝和蒸发之间的换热。

广泛应用于空分、石油化工、天然气液化设备、乙烯冷箱等行业。

1铝制板翅式换热器的特点铝制板翅式换热器是美国最早研制的换热器。

早在1942年，美国科学家Norris就提出了传热系数与Raylow数的关系，研究了平板、钉、波纹等翅片的传热性能。

随着这一技术的积极应用，美国将深化对板翅式换热器与舰船、海军、航空等环节的研究。

近年来，随着我国制造技术的发展，铝板翅片已经取代了传统的金属管壳结构。

其总质量比仅为1/10，传热效果显著，是传统金属的5~10倍。

因此，铝板翅片换热器在化工和天然气液化中得到了不断的应用。

2铝制板翅式换热器的设计参数热流体：介质为甲烷，设计压力4.95MPa，进口工作温度40℃，出口工作温度16℃，设计温度150℃，传热系数2400 W/m2•K；冷流体：介质为三元冷剂，设计压力2.6MPa，进口工作温度1 0℃，出口工作温度21.5℃，设计温度65℃，传热系数1900 W/m2•K。

铝制板翅式换热器采用逆流换热。

由于在操作过程中，甲烷入口温度可能瞬间升至100°C以上，因此最终将热流体的设计温度设置为150°C。

由于假定的温升，在极端情况下，换热器热端冷流体温度为21.5℃，热流体温度为150℃。

通过简化的传热模型，热端铁芯的金属温度约为93.22℃，由下式可得:αhF(th -tw)=QαcF(tw -tc)=Q式中：αh -热流体传热系数；th-热流体温度；αc-冷流体传热系数；tc-冷流体温度；t=芯体金属温度；F-换热面积；Q-负荷3铝制板翅式换热器的材料选用铝板翅式换热器由集液头和传热芯组成。

·206· 2015年8月工程技术科技创新板翅式换热器优化设计王超襄阳航力机电技术发展有限公司，湖北襄阳 441000摘要：这篇文章主要结合本单位的实际生产过程，运用新的技术优化设计，主要是板翅式换热器设计的新方法，通过理论学习，逐渐掌握设计方法，从本文的具体介绍中让我们明白作为制造业，技术是关键，板翅式换热器是一种通过翅片二次强化传输热量的方法，制造的具有高性能的换热设备。

这种设备通过热量传输在单个通道上，采用热力学原理叠层式分流，从而达到高效运作的目的，其设计方法灵活，能使换热器的热传输性能强，在制造过程中达到节省材料、换热效果好与运行费用低的目的，而且设计费用低廉。

关键词：板翅式换热器；强化传热；优化设计中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1671-5586（2015）46-0206-011 换热器传热性能的探讨板翅式换热器在许多工业生产中运用广泛，我们主要看其设计的方式方法，在不同的领域涉及面不一样，要求结果设计的参数也不一样，对一些热力问题会通过传热优化分析，对比，转换成有各种模式的简单化的数据，从而理解起来方便，会为以后研究打下坚实基础，这不光从表面进行透析，还应看到内部有很多难点需要优化解决。

1.1 板翅式换热器的应用范围针对一些高效的节能器在实际生活中被广泛运用，这些技能设计的凸显，把我们带到知识经济时代，我们不光要研究板翅式换热器的特点、技能、方法等，还要把握住参数的范围设定，不同的转换器使用的定格参数不同，这会对我们研究板翅式换热器新的领域面有着一定的制约，本文主要以板翅式的研究为切入点，根据等量尺寸的大小，优化数据，排序整齐的进行清算整理，最终将得出准确的数字，为改变以前不合理的参数运算，采用分模块的选优程序，达到优化实际的目的。

1.2 排序的正确方法通常情况下，我们遇到如何进一步优化设计板翅式换热器，这在行业中是一个难题，这里的优化不仅是改变一下顺序，整合一下数字的那样简单，要计算每一个数据的精确性，测量其准确的位置，从中找到一个突破口，进行逐步检测和分析，以达到预期目的。

板翅式换热器论文：板翅式换热器火积耗散多目标优化NSGA-Ⅱ算法图形用户界面【中文摘要】板翅式换热器因其结构轻巧、紧凑、传热效率高等优点,越来越受到广泛的关注,并成为最有发展前途的换热设备之一。

通过优化板翅式换热器的几何结构,降低不可逆耗散,提高其换热性能,是经济的利用和节约能源的重要手段。

本文基于火积耗散理论,应用单目标和多目标遗传算法,形成了板翅式换热器的优化设计方法。

本文采用MATLAB遗传算法工具箱提供的遗传算法,以火积耗散数为目标函数,根据实际选用的锯齿形板翅式换热器的设计要求和容许压降为约束条件,编写了一套完整的板翅式换热器优化设计程序。

文中分别利用单目标和NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对锯齿形板翅式换热器的几何结构进行了优化设计,并对比分析了两种优化结果,发现多目标优化的结果能够明显改善换热器的性能。

优化设计问题主要包括设计变量、约束条件和目标函数三个元素。

本文选取对锯齿形板翅式换热器传热性能影响较大的几何结构参数为设计变量：以容许压降和换热器设计要求为约束条件；分别以无量纲化的总熵产数和总火积耗散数为目标函数,建立了单目标数学优化模型,进而应用遗传算法求解相应的优化问题。

通过单目标优化计算所得到的结果发现：对于给定热负荷的换热器优化设计,以火积耗散数为目标函数所得到的结果与以熵产数为目标函数所得到的优化结果基本一致。

由于通常情况下有限温差导热引起的火积耗散大于粘性流动引起的火积耗散,以总火积耗散数为目标函数进行单目标优化设计时往往很容易忽视流体粘性的影响。

为此,本文运用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法,以有限温差导热引起的火积耗散数和粘性流动引起的火积耗散数为两个独立的目标函数,采用与单目标优化模型相同的设计变量以及约束条件,建立了多目标优化模型。

通过对比分析单目标与多目标优化结果,发现多目标优化设计使换热器各项性能参数均有不同程度的提高,这种方法在换热器优化设计中具有更大的优势,为解决板翅式换热器的优化问题提供了一种新思路。

板翅式换热器优化设计
汪艳萍;路智敏;刘晓霞;王红霞
【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(023)004
【摘要】本文建立了以板翅式换热器最小重量为目标函数的最优化数学模型,综合分析了板翅式换热器的热力参数、几何参数以及各有关参量之间的制约关系,提出了在给定目标函数下,同时考虑工作条件、几何约束以及热力参数约束的优化设计方法.
【总页数】4页(P261-264)
【作者】汪艳萍;路智敏;刘晓霞;王红霞
【作者单位】内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特,010062;内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特,010062;呼和浩特市供电局,呼和浩特,010000;蒙西高新技术集团有限公司,内蒙古,乌海,016014
【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.3
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非金属板翅式换热器
无
【期刊名称】《科技开发动态》
【年(卷),期】2005(000)012
【摘要】该石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯板翅式换热器采用石墨改性碳纤维增强的聚四氟乙烯制成。

该换热器可用于石油化工、制药、冶炼等行业中有特殊要求（如强酸、强碱等）的冷凝、冷却、加热等多种工艺操作中。

该产品若年产800台，设备投资需100万元。

【总页数】1页(P56)
【作者】无
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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