[发明专利]基于体积最小化的翘式换热器设计方法及装置

权利要求书

1.一种基于体积最小化的翘式换热器设计方法，其特征在于，包括：

步骤1.根据各股流的进出口压力和换热温区，确定各股流所用的翅片尺寸；

步骤2.根据各股流的工质种类和热力参数，并链接物性数据库，计算出各股流的焓变，根据各股流的焓变确定各股流的通道数；

步骤3.根据各股流的质量流量和换热器内的最大流量，确定各股流的有效宽度；

步骤4.根据各股流的有效宽度、质量流量、翅片尺寸和通道数，并链接物性数据库，计算出各股流的换热系数，并根据各股流的翅片尺寸、焓变、通道数和换热系数，初步确定各股流的有效长度和各股流的所得压损；

步骤5.计算各股流预设的允许压损与所得压损的比值，根据各比值中的最小值修正各股流的通道数；

步骤6.根据修正后的各股流的通道数重复步骤4、5，直到各股流预设的允许压损与所得压损的比值为预设值时，最终确定各股流的有效长度；

步骤7.根据各股流的翅片尺寸、通道数、有效宽度和有效长度确定换热器的流道排列方式；

所述步骤4包括：

步骤4a.根据各股流的有效宽度、翅片尺寸和通道数，确定各股流的通流面积；

步骤4b.根据各股流的质量流量、各股流在各股流节点处的物性参数和通流面积计算出各股流在各股流节点之间的各小段的平均流速，并结合翅片尺寸计算出各股流在各小段的雷诺数；

步骤4c.将各股流在各小段的雷诺数代入准则关系式，结合各股流在各股流节点处的物性参数计算出各小段的J因子和换热系数U，再结合各股流在各股流节点的温度计算出各小段的冷热流体对数平均温差，从而计算出各小段的长度；

步骤4d.根据各股流在各股流节点的温度和各小段的换热系数U，计算出各节点处的平均温度和各小段内的平均导热系数，对各小段内的平均导热系数进行加权处理得到各股流的平均导热系数，从而得到各股流的导热量和漏热率；

步骤4e.根据各股流的漏热率修正各小段的长度，从而初步确定出各股流的有效长度；

步骤4f.将各小段的雷诺数代入准则关系式，结合各股流在各股流节点处的物性参数计算出各小段的F因子，再结合各小段的平均流速计算出各股流的各小段的压损及各股流的所得压损。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤5包括：

步骤5a.根据各股流的进出口压力及其各小段的压损计算出各股流节点处的压力，计算出各股流在各节点前后所得压力的均方差；

步骤5b.若均方差小于等于0.1，则在此通道数下，比较各股流预设的允许压损与所得压损的比值，取各比值中的最小值修正各股流的通道数，新通道数＝旧通道数/取整[(允许压损/所得压损)∧(1/3)]；

若均方差大于0.1，根据各股流在各节点处的焓变和压力，并链接物性数据库，计算出各股流在各节点处的温度和物性参数，并返回至步骤4b。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，步骤5还包括：

步骤5c.比较修正后的新通道数与修正前的旧通道数，若一致，则进入步骤6，若否，则根据新通道数返回步骤步骤4a。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据各股流的焓变确定各股流的通道数包括：

根据各股流的焓变的绝对值与各股流的通道数存在正比例关系初步确定各股流的通道数，并判定换热器是否存在相变，若有，则增加存在相变的股流的通道数，若无，则增加进出口压力最小的股流的通道数。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，增加存在相变的股流的通道数的数量及增加进出口压力最小的股流的通道数的数量均为1个以上。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述预设值为1.2。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤1包括：

根据各股流的进出口压力和换热温区，利用优化算法确定各股流所用的翅片尺寸，优化算法包括场协同优化法、J/F因子比值法和/或遗传算法。