多股流板翅式换热器翅片通道中传热的计算流体力学模拟及定性尺寸

板翅式换热器结构紧凑,传热效率高,常用于多个冷热物流之间的换热,但是其通道数量众多,其内部流道中的流场和温度分布很难用实验方法来测定。采用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS,针对锯齿形翅片模拟了板翅式换热器进出口的温度场分布,根据热量平衡和热量传递速率方程,对多股流板翅式换热器的各通道的温度分布进行模拟,并分别计算出各个流股在各个通道的二次传热表面最大传热距离,即通道定性尺寸。分别对两流股和三流股的2个板翅式换热器进行通道温度场分布CFD模拟,从而计算得到板翅式换热器的定性尺寸。对于两流股一冷一热交替排列的通道,数值模拟的定性尺寸与简化的经验方法计算结果都为翅片的一半,而对于三流股八通道的定性尺寸,中间的第四通道和第六通道的翅片定性尺寸大于基于传统计算方法得到的定性尺寸,对应的翅片效率小于传统方法得到的结果。基于板翅式换热器传热机理对结果分析表明,数值模拟结果比文献经验计算方法的结果更合理,即为板翅式换热器的设计提供了准确的基础参数,原因是数值模拟结果考虑了相邻多个通道热流量和温度对通道传热的影响,改进了传统方法仅考虑相邻通道热流量和温度的影响。     

MPTL板翅式换热器性能的数值分析

研究机械泵驱动的两相冷却回路(MPTL)换热器传热效能优化问题,由于换热器的应用环境极为复杂,目前的实验数据极度匮乏,而且结构特殊,现有的标准叉流板式换热器的设计方法并不适用。为了提出可行的设计优化方法,针对某典型MPTL板翅式换热器,建立一种简化的三维物理数学模型,采用有限体积法及流固耦合方法深入研究该换热器在典型结构及设计工况下的流场特性,随后研究其在不同翅高及进口雷诺数时的换热性能变化规律。数值仿真结果表明,换热器换热效率较高,压力损失较小,且随着翅高的降低、进口雷诺数的增加,换热性能逐渐提高。结果证明,可为换热器的进一步设计与优化提供有益的参考。     

基于改进Alopex算法的燃机中冷器优化设计

舰船燃机中冷器可以改善其变工况性能,所以中冷器的质量对舰船有效载荷有影响.但目前中冷器优化多采用简单进化算法且约束条件多采用公式拟合致使误差较大,无法得到最优解.为了提出可行的设计优化中冷器算法,对板翅式换热模块采用效率-传热单元数法建立性能校核程序,随后研究全局及局部搜索能力俱佳的改进Alopex(Algorithms of patternextraction)进化算法,并将优化算法与性能校核过程结合,开发新的中冷器芯体质量、效率和热侧压降的多目标混合优化设计程序.数值优化结果表明,改进混合算法能够得到比SGA(简单遗传算法)和简单Alopex算法更优的设计结果.结果证明,改进方法能够为中冷器进一步优化设计提供参考.     

经济方法优化设计一个带有中间换热器的精馏塔

提出了基于经济的年总费用最小为目标的带有中间换热器的精馏塔优化设计新方法。本方法基于这样的精馏塔模型:1股进料、2股出料,每块理论板上均可有中间冷凝器或再沸器。以回流比和塔内各塔板上的中间换热负荷为变量,根据经济年总费用最小,优化塔内换热的位置及负荷。实例研究表明,用本文方法可以一步一步很容易地设计出含塔内换热器的复杂精馏塔。该塔比简单塔更省钱。     

换热器详细设计与换热网络综合同步优化方法研究

回顾了多管程换热器构成的换热网络的最优综合方法与换热器详细设计的研究进展。研究者们采用多种不同算法对换热器进行详细设计,这些算法解决了对于单台换热器在给定热负荷的情况下,以总费用最小为目标的优化设计问题。但这些方法都是对单个换热器进行优化计算,并未考虑到换热器详细设计结果对换热网络节能降耗的影响。换热器详细设计结果将影响换热网络的能量交换与经济性。有研究者基于换热网络最优综合对换热器进行详细设计,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法不涉及换热网络中各个换热器的详细设计与传热系数、换热压降等因素的相互影响,难以保证换热网络总费用最小。在此基础上,提出一种多程换热网络综合与换热器详细设计的同步优化设计方法。本文以换热面积、传热系数为优化变量,压降为约束条件,兼顾每台换热器详细设计,总费用最小为目标进行最优综合。示例分析证明了本文方法的有效性。     

汽油吸附脱硫装置换热网络节能研究

针对某催化汽油吸附脱硫装置换热网络,分析装置流程,并且从整个流程中提取了6股冷物流和4股热物流的初始温度、目标温度、热负荷等数据,选择最小传热温差为15℃,利用夹点技术得到夹点温度为81.5℃,确定了装置的节能目标为节约公用工程量78.5%。然后利用夹点三原则对现有装置的换热网络进行分析,发现该装置夹点之上存在2个冷却器、夹点之下存在1个加热器并且存在1个换热器跨越夹点传热,这造成了能量的不合理利用从而造成能量浪费。针对这几个不合理的传热器,以现有网络为基础提出了增加2台换热器从而消除部分违背夹点原则的环节的换热网络优化方案,最终实现节约冷公用工程量52.8%,节约热公用工程量65.7%的效果。     

换热网络综合中管壳式换热器设计研究进展

管壳式换热器应用广泛尤其是对其设计的研究,回顾了近年来单台管壳式换热器的工艺设计方法,并指出这些方法难以兼顾换热网络的节能降耗。许多研究者,在换热网络最优综合的同时提出了多种面积裕量优化设计方法,虽然考虑了换热网络中各换热器换热面积的优化,但并未考虑换热器的选型与详细设计。近年来,也有研究者基于换热网络综合进行管壳式换热器的详细设计研究,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法均是在给定的工况条件下进行设计,考虑到实际生产中工况条件经常发生变化,单台换热器的设计均采用超余设计难以保证总费用最小。最后,在此基础上,提出一种从灵敏度分析的角度出发以总费用最小为目标基于换热网络综合的管壳式换热器详细设计思路。     

燃煤电厂脱碳系统的模拟与多目标优化

针对燃煤电厂脱碳系统余热浪费问题,提出了增加多级换热器MHeatX模块的改进设计以提高热量利用率。在保证CO₂捕获率为85%的前提下,可降低系统总公用工程消耗量48.39%。在此基础上,再应用带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对脱碳系统的热能消耗和CO₂捕获率2个目标进行了同步优化,得到了碳捕获率和再沸器热负荷的最优Pareto解集。为了将优化结果应用于实际,本文采用模糊集方法求得最优妥协解,可使CO₂捕获率达到95.92%,再沸器负荷降至775.39 MW,为该工艺的优化操作提供了理论依据。     

利用温焓图自动综合多流股换热器网络

为合理、经济地利用能源,降低生产成本,综合考虑了温度、表面传热系数和材质等影响流股传热能力的因素,计算出温差贡献值来修正各流股的实际温度得到虚拟温度,基于虚拟温度作出温焓图,提出多流股换热器网络的综合策略和冷、热流股的匹配规则,得到一组串联的多流股换热器,直观有效地进行换热网络的设计和优化。最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

变工况下微通道两相换热器器性能模拟

利用均相模型对微通道两相换热器(蒸发器、冷凝器)进行模拟,通过制冷工质R134a热力状态及参数的计算模拟换热器设计工况下的稳态情况.首先建立换热器仿真模型,得出设计工况下的换热器设计结果,然后此基础上,着重分析当外界温度、进出口状态以及质量流量发生变化时,相应的换热器性能参数变化情况,以及相关影响因素.     

柔性换热网络综合方法研究

过程物流参数的不确定性,要求综合具有柔性的热交换网络。本文在作者曾提出的换热网络柔性分析及柔性改进技术的基础上,将超结构理论、探试规则和回路化简法相结合,提出了一种探试调优式的柔性换热网络综合方法。结果表明该法能够综合得出最优的柔性换热网络。     

换热网络最优综合的智能设计方法及应用

基于系统优化设计思想,将换热网络综合问题等价分解为适合新型合作协作进化模型的系统结构优化和换热单元优化两部分,同时进行系统结构和换热单元的协作进化设计,最终得到它们之间的最优折衷。算例表明,该方法较好地解决了较大规模的换热网络最优综合问题,且能避免传统方法中存在的收敛速度较慢、易陷于局部最小值、目标函数必须可导等问题,并已成功用于某厂乙烯装置的全过程用能优化综合问题。     

板翅式换热器翅片流阻快速检测系统设计

铝制钎焊板翅式换热器是一种高效、紧凑式换热器,广泛用于空气分离设备、天然气处理、天然气液化、烯烃装置等石油化工的低温分离装置、hyco装置、氦液化、氢气液化装置及动力机械等。翅片是板翅式换热器的核心部件,其加工质量的下降,会直接导换热器阻力降的升高、传热效率下降,进而造成设备运行能耗的增大。因此,控制加工成型的翅片流阻在一定范围内,是有效保证翅片加工质量的关键。针对传统的基于风机的换热器阻力测试装置雷诺数上限低、试件拆装繁琐、测试效率低等缺点,采用高压气体作为测试气源,配合液压驱动的试件固定装置,开发了一套可实现板翅式换热器翅片流阻快速检测的装置。通过开发基于C#及SQL Server数据库技术的上位机测控软件,实现了测试数据的实时采集、处理和曲线显示。测试实验结果显示,该检测装置系统重复性误差均可保证在3%以内,满足宽雷诺数、高精度的翅片阻力特性测量要求,为实现翅片加工质量检测提供保障。     

螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学（CFD）方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径四个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数,管内径,管缠绕圈数,管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。     

Principle of equipartition of entransy dissipation for heat exchanger design

In the present work,a principle of equipartition of entransy dissipation(EoED) for heat exchanger design is established,which says that for a heat exchanger design with given heat duty and heat transfer area,the total entransy dissipation rate reaches the minimum when the local entransy dissipation rate is uniformly distributed along the heat exchanger.When the heat transfer coefficient is unfixed,the total entransy dissipation obtained by the EoED principle is less than that obtained by the principle of eq...     

基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合

提出了基于时间段模型(TSM)综合间歇过程换热器网络的方法,用虚拟温度法代替传统的单一最小传热温差,将各流股的温差贡献值作为决策变量,年度总费用最小作为目标函数建立数学模型.应用遗传膜拟退火算法对上述数学模型进行求解,分别获得每个时间间隔内的子换热器网络结构,并进一步对总换热器网络做结构优化,使其既满足流股的换热要求,又满足年费用最小.方法应用于实例计算,结果比基于最小传热温差获得的换热器网络年度总费用节省6.0%,换热器减少5台,说明这种方法既节省费用,又简化了网络结构.     

Design and fabrication of a cross flow micro heat exchanger

A cross flow micro heat exchanger was designed to maximize heat transfer from a liquid (water-glycol) to a gas (air) for a given frontal area while holding pressure drop across the heat exchanger of each fluid to values characteristic of conventional scale heat exchangers. The predicted performance for these plastic, ceramic, and aluminum micro heat exchangers are compared with each other and to current innovative car radiators. The cross flow micro heat exchanger can transfer more heat/volume or mass than existing heat exchangers within the context of the design constraints specified. This can be important in a wide range of applications (automotive, home heating, and aerospace). The heat exchanger was fabricated by aligning and then bonding together two identical plastic parts that had been molded using the LIGA process. After the heat exchanger was assembled, liquid was pumped through the heat exchanger, and minimal leakage was observed     

Distributed average consensus with least-mean-square deviation

We consider a stochastic model for distributed average consensus, which arises in applications such as load balancing for parallel processors, distributed coordination of mobile autonomous agents, and network synchronization. In this model, each node updates its local variable with a weighted average of its neighbors’ values, and each new value is corrupted by an additive noise with zero mean. The quality of consensus can be measured by the total mean-square deviation of the individual variables from their average, which converges to a steady-state value. We consider the problem of finding the (symmetric) edge weights that result in the least mean-square deviation in steady state. We show that this problem can be cast as a convex optimization problem, so the global solution can be found efficiently. We describe some computational methods for solving this problem, and compare the weights and the mean-square deviations obtained by this method and several other weight design methods.     

计算机监控系统在无人值守换热站中的应用

无人值守换热站是供热控制的关键节点,随着计算机控制技术的成熟,换热站运行控制与计算机控制的结合度越来越高。通过应用计算机控制系统能够使得换热站在不同的热力工况下,按照相应的负荷运行,提高无人值守换热站的运行效率。运行控制系统通过采集温度、流量、压力等运行参数实现了自动调控与运行。