[发明专利]一种宽通道板式换热器及换热器粒子群优化结构设计方法

说明书

一种宽通道板式换热器及换热器粒子群优化结构设计方法，属于换热器设计技术领域。提取单层换热板片表面的梯形凸台的6个变量构成结构参数，确定设计范围。采用正交法，生成25组具有不同结构和操作条件的典型换热器板。通过Solidworks生成单层换热板片，基于Fluent数值模拟软件，获得相应换热器板结构的换热努塞尔数和压降。根据获得的样本集，拟合换热器板的换热努赛尔数和压降综合准则关系模型。以最大换热努塞尔数和最小压降作为优化目标，采用粒子群优化，寻优获得最佳换热器板的结构参数。优点：适用于找到对于板式换热器的流动和换热特性影响显著的形状参数，并且在核心参数连续分布的情况下，寻找得到换热效果最好同时压降损失最小的形状参数分布范围。

技术领域

本发明涉及一种换热器设计技术领域，特别是一种宽通道板式换热器及换热器粒子群优化结构设计方法。

背景技术

板式换热器是一种高效、紧凑的换热元件，具有自身结构紧凑、体积小和经济性好等突出的优点。特别是，由于波纹管具有强化传热效果的作用，所以被越来越多地应用于板式换热器中。其中，波纹管的波纹类型、结构尺寸，以及内部流动特性是影响换热器性能的重要因素。板式换热器分为宽通道和可拆卸式。宽通道板式换热器由于提高了使用温度和压力，所以比可拆卸板式换热器具有更大的适用范围。为了改善换热器的换热效果和阻力特性，提高换热器的整体性能，必须要优化宽通道板式换热器的板形设计。

针对其他类型板式换热器系统，文献(徐志明,王月明,张仲彬.板式换热器性能的数值模拟[J].动力工程学报,2011,31(3):198-202)通过建立人字形板式换热器的数值模型，构建了冷/热两层流道，模拟分析了不同入口速度下的换热和流动情况，发现了在人字形板式换热器中，存在传热“死区”，以及流动和传热不均匀性，且通过对比进出口温差和压降的模拟结果与实验结果，发现误差均小于6％。专利(刘凯,詹福才,徐红伟,姜颖,张力,王剑,李景才.高效可拆式宽通道板式换热器:中国，CN201555478U[P].2010.08.18)提出一种新型单张板片，涵盖了浅槽、深槽和超深槽三种不同槽深的规格，组装后分别形成了宽宽通道组合与宽窄通道组合形式，节约了投资，降低了生产成本。文献(Han X.H,Cui L.Q,ChenS.J,et al.A numerical and experimental study of chevron,corrugated-plate heatexchangers[J].International Communications in Heat and Mass Transfer,2010,37(8):1008-1014.)数值模拟了V型波纹板可拆卸板式换热器中的换热和流动，对比分析了板压力场和温度场的变化规律，并分析了板间触点四周的流场和温度场以及其对传热性能的影响规律，再次证明了“死区”的存在。文献(FernandesC.S.,Dias R.P.,NobregaJ.M.,etal.Laminar flow in chevron-type plate heat exchangers:CFD analysis oftortuosity,shape factor and friction factor[J].Chemical Engineering andProcessing:Process Intensification,2007,46(9):825-833.)建立了人字形正弦波纹板的一层流体模型，发现摩擦因子随波纹倾角和波纹高宽比的增大而增大。综上所述，其他类型的板式换热器存在传热“死区”以及流动和传热不均匀性，并且板片的形状参数对流动和换热特性存在显著影响。