基于EDR的板翅式换热器的设计

介绍EDR软件应用于多股流板翅式换热器的传热计算,通过实例分析了不同类型翅片,通道排列和通道分配等因素对多股流板翅式换热器计算结果的影响。结果显示在压力降允许的范围内,选择合适的翅片,合理的通道排列和分配可以优化换热器的设计方案,节省成本。     

板翅式换热器技术的发展与应用

阐述了板翅式换热器的基本结构、翅片类型以及传热机理。从钎焊工艺、新型材料开发和计算机辅助系统三个方面,探讨了板翅式换热器技术近些年的发展历程和发展方向。简述了板翅式换热器在多股流复杂换热过程中的应用,并展望了板翅式换热器在新能源开发等领域的发展前景。     

铸铁板翅式换热器的实验研究

铸铁板翅式换热器可以有效降低露点腐蚀,已经成为低温余热利用的有效手段,但不同翅片结构的流态和传热性能相差很大。在工厂的翅片模型定型后,进行了烟气与空气真实工况稳定态实验,确定了铸铁板翅式换热器的阻力与传热性能参数、传热因子j与Re的关系式以及阻力因子f与Re的关系式,提出了便于计算的铸铁板翅式换热器传热与阻力方程式。     

低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

LNG系列板翅式换热器的研究与开发

介绍了一级制冷五股流板翅式换热器、二级制冷四股流板翅式换热器、三级制冷三股流板翅式换热器和混合制冷剂多股流板翅式主换热器的板束结构特征、制冷工艺与混合制冷剂制冷原理。展望了LNG系列板翅式换热器的重要研究方向以及需要进一步解决的关键科学问题。     

LNG一级五股流板翅式换热器的研究与开发

对天然气低温液化领域中LNG多股流板翅式换热器的总体结构和研究开发现状进行了说明,对第1阶段在五股流板翅式换热器中将36℃的天然气冷却至-53℃以便进入二级预冷段的工艺流程进行了论述,并说明了涉及的主要原理和技术解决方案,最后指出了LNG板翅式换热器进一步的研究方向和有待解决的问题。     

板翅式换热器波纹翅片性能数值模拟及其优化

为提升板翅式换热器的综合性能,采用数值模拟方法,研究分析了翅片结构参数对板翅式换热器波纹翅片的流动传热特性和承压能力的影响。研究结果表明:波纹尺度对换热性能和流动阻力影响最大,而翅距和翅厚对翅片承压能力影响最大;波纹翅片结构参数主要通过改变换热面积和流速,以及加剧流体内部搅混来改变流动换热特性,其中加剧流体内部搅混为主要影响途径。结合动态Kriging响应面和遗传算法进行结构优化得到3组翅片结构参数,相较于常用结构,优化后翅片JF因子可提升5.8%～7.8%,而最大应力可降低7.3%～22.8%。研究结果可以为板翅式换热器波纹翅片的优化设计提供理论指导。     

板翅式换热器平直翅片表面流动及传热特性

为了提高板翅式换热器的换热性能,采用CFD数值模拟方法,研究了翅片结构参数和入口Re数对板翅式换热器平直翅片的表面传热与流动阻力特性的影响。研究结果表明:当流体被加热时,翅片通道内部靠近固体壁面的流体温度较高,通道中心主流体区温度较低。流体在翅片通道内的温度分布呈一定梯度,靠近一次表面的流体温度梯度较大,而靠近二次表面的流体温度梯度较小。随着翅片高度和翅片间距的增加,平直翅片的表面传热因子和摩擦因子增大。而且,增加翅片的厚度,可在一定程度提高其换热性能,但翅片厚度存在一个最优值。研究结果可为板翅式换热器的优化设计提供理论指导。     

板翅式换热器的研究进展

简述了板翅式换热器在翅片传热和流动特性、翅片表面特性以及物流分配对换热器效能影响等方面的研究进展。指出将理论分析、实验研究、CFD数值模拟这三种手段巧妙地结合起来,可以收到相互补充、相得益彰的作用,这是研究板翅式换热器问题理想而有效的手段。     

天然气冷却异型翅片通道内流动与传热特性研究

通过数值计算模拟分析的方法研究了板翅式换热器内部翅片的几何参数对工质流动与传热特性的影响。分别分析了翅片间距、翅厚、翅片错开比以及翅片切开长度对流动和换热的影响,研究发现波纹锯齿翅片的传热能力最好,锯齿翅片次之,平直翅片的传热能力最差。且在不同工况下翅片结构参数存在着最佳值,在流动阻力增加较低的情况下获得更高的传热系数,从而为板翅式换热器的优化设计提供参考。     

A Cryogenic Test Rig for Dynamically Operated Plate-Fin Heat Exchangers

Flexible operation of air separation units may lead to enhanced thermal stress on the main heat exchanger, typically an aluminum plate-fin heat exchanger. Hence, a large, cryogenic test rig has been built to investigate fatigue effects of dynamic operation. Nitrogen streams at –175 °C and 50 °C are applied to induce a highly repetitive series of temperature changes in two plate-fin heat exchangers, which are extensively equipped with measurement technology to collect 3D temperature and strain data and to detect the provoked fatigue damages. Results of the measurements will be used to improve computational lifetime estimation tools.     

铝制板翅式换热器热工性能的试验研究

铝制板翅式换热器以其高效、紧凑、适应温度范围广等突出优点,得到了越来越广泛的应用,其主要以气体-液体进行热交换为主.针对空气-乙二醇进行热量交换的同一种结构不同翅片类型的铝制板翅式换热器的传热性能与阻力特性进行了试验研究.     

一次表面换热器瞬态响应特性的数值模拟

根据一次表面热交换器（PSHE）的结构和流动特点，利用能量守恒定律，导出它的瞬态温度变化物理模型和数学方程式.研究工作流体温度和流量发生阶跃变化时PSHE出口温度的响应特性，分析指出一次表面换热器板片各几何参数以及通道形状对其温度响应特性的影响次序是：板片厚度δ最强，宽度W和数目n次之，波纹通道形状最弱.比较研究表明，由于PSHE的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式换热器，因此这种轻质结构换热器的响应特性明显优于常规热交换器，非常适用于那些要求工况经常变动、能够提供的场地和空间又十分有限的化工联合装置.     

封头结构对板翅式换热器物流分配不均匀性的影响

纵向传热、温度场与物流分配不均匀对换热器效能的影响具有耦合关系,其中物流分配的不均匀会加剧其内部温度场分布的不均匀,增大换热器的纵向传热,导致其效能的下降,所以物流分配的不均匀在三者中对换热器效能的影响最为重要.因此,对引起物流分配不均匀的因素进行研究是板翅式换热器优化设计的重要内容.针对板翅式换热器内部流动特性对封头结构的影响进行了深入研究.研究发现：封头结构的影响主要体现在垂直于总管流动方向上.发现了封头结构的改进方法,通过改变封头结构的设计可以有效地改善换热器内部的物流分配.     

催化燃烧蒸发器热态流场分布研究

为了改善催化燃烧蒸发器中反应和蒸发的耦合行为,提高蒸发器的热效率,文章对催化燃烧蒸发器进行了热态实验研究和数值模拟,确定燃料完全燃烧需要的过氧系数随着空速的增加而降低;同时,通过对催化燃烧蒸发器内初始浓度场和温度场的分析比较,说明当放热反应速率较快时,燃烧腔内温度场的空间分布主要受初始浓度场分布决定。实验和模拟结果的很好吻合,说明建立的多孔介质模型能够很好地预测燃烧腔内的流场分布。     

基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策

原油石化装置的换热器常受到结垢影响,导致换热器性能衰退严重,换热网络性能也会随之衰退,同时换热器之间的耦合关系,导致不同换热器的性能衰退对换热网络整体性能变化的影响不同。以往的清洗决策主要是根据单台换热器性能衰退到一定程度来制定的,这会导致换热网络整体可能处在较差的运行状态。因此,本文提出一种基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策方法,基于换热器的运行数据建立智能预测模型,获得换热器性能变化趋势,结合换热网络的性能模拟模型,进一步获得换热网络的性能变化趋势,从而从换热网络整体性能变化的角度来制定清洗方案。研究表明,对收集到的原油换热器运行数据,建立神经网络预测模型,具有较好的预测精度。通过对原油精馏装置换热网络的案例分析,当HE1、HE2和HE5三台换热器同时发生性能衰退时,换热网络年度公用工程能耗费用将增加12.1%。与传统基于单台换热器性能衰退情况制定的清洗方案相比,从换热网络整体性能衰退角度制定的清洗方案,年度额外公用工程费用减少13.1%,损失费用减少14.1%,年度总费用减少13.8%,而清洗次数仅增加3台次。     

板翅换热器导流结构非线性映射与性能多目标优化

板翅式换热器入口位置纵向方向上的流体分布不均匀问题影响不同层之间流体传热。目前已有的导流结构采用试验方式确定部分参数,缺乏对导流结构参数优化。本文提出板翅换热器导流结构多目标优化分析方法,分别考虑导流结构中孔径、孔数、流体流速、板翅式换热器入口直径、导流结构在换热器入口处的位置、孔的间距等影响换热器入口处流体均匀分布的因素,构建导流结构压强与单位时间换热量的多目标优化数学模型。采用正交试验方法选择不同参数组合建立仿真试验模型,根据试验结果推导导流结构非线性映射方程,以BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构尺寸进行优化分析,得到导流结构多目标优化结果。采用Fluent数值模拟板翅式换热器导流结构参数优化前后流体均匀分布情况,通过对比无导流结构板翅换热器可以看出,对导流结构进行优化可以明显改善流体在换热器各层流道中的流动均匀性,提高换热量,强化换热器的传热性能。     

基于Kalman滤波的换热器非线性状态参数校正

炼化工艺系统中换热网络数据的准确提取将直接影响到集成优化方案和优化控制的性能。针对换热器非线性状态参数的数据校正,构建了换热器分段线性集总参数传热过程模型,有效地解决了换热器流股物性非线性变化所引起的非线性状态空间方程求解的问题;提出了分段线性的Kalman滤波状态空间方程建立和换热器状态参数校正方法,并通过蜡油加氢装置反应流出物高压换热器工业实例阐述了所提出方法的实现过程和效果。研究表明：换热器分段线性集总参数模型中分段数对Kalman滤波的计算收敛性具有重要影响,随着分段数的增大,换热器状态参数收敛于固定值,分段数需根据计算精度通过试差确定。本文方法可对换热器非线性状态参数实施有效的数据校正,对流股物性进行分段线性化处理具有较高的计算精度,可用于大温差或物性变化较剧烈情况下换热器非线性状态参数的数据校正。     

基于粒子群优化算法的板翅式换热器优化设计

以板翅式换热器的质量作为目标函数,以换热器芯体外形尺寸和翅片参数作为优化变量,采用粒子群优化算法对其结构尺寸进行优化设计,获得了换热器质量减轻、体积减小的效果。     

错排孔板封头对板翅式换热器流动与换热的影响

在对板翅式换热器内部物流分配研究的基础上,研究了错排孔板型结构封头对板翅式换热器出口流动与换热的影响。通过实验与工业用基本型封头对比,结果表明错排孔板型封头能够明显地改善换热器出口截面流量和温度分布的不均匀性。在Re=2 000时换热器的出口流量分布不均匀度大幅度地下降;而在Re数较大情况下,能更加显著地改善温度分布的不均匀性。