板式熱交換器傳熱試驗數(shù)據處理的一種新方法_最優(yōu)化法

1、卷第期石油化工設備第年月（）文章編號：板式熱交換器傳熱試驗數(shù)據處理的最優(yōu)化法一種新方法王立新，榮丁石，詹福才（）四平市巨元瀚洋板式熱交換器有限公司，吉林四平最優(yōu)化法。此摘要：基于最優(yōu)化原理，提出了一種板式熱交換器傳熱試驗數(shù)據處理的新方法兩側實驗點參數(shù)設置不受限制、迭代速度快、方便直觀、快速簡潔方法具有兩側實驗工質不受限制、的特點，可完全克服等值法（等流速法、等雷諾數(shù)法和等質量流量法）試驗條件苛刻和傳統(tǒng)方法計算效率低的不足。采用最優(yōu)化法對已有的文獻數(shù)據進行處理，其結果與等雷諾數(shù)法處理結果相比，差值在。關鍵詞：板式熱交換器；傳熱試驗；數(shù)據處理；最優(yōu)化法中圖分類號：；文獻標志碼：，（，），：，檪檪檪

2、檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪材焊接手冊（第卷中國機械工程學會焊接學會料的焊接）北京：機械工業(yè)出版社，：焊接冶金學（金屬焊接性）北京：機械工周振豐業(yè)出版社，焊接手冊北京：機中國機械工程學會焊接學會械工業(yè)出版社，張永強，舒興樓，等鑄錠鍛造性能馮巖，（）：的研究材料開發(fā)與應用，竇濤，裴振剛，等銅鎳海水冷卻金曉男，：器管側泄漏原因分析中國海上油氣，（）銅制壓力容器全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會標準釋義北京：新華出版社，：鐵白銅焊接接頭的組織和力學性能熱加王懷建（）：工工藝，張亞余，顧福明低合金鋼與異種材（）：料的焊接焊接，郭晶，程惠君大

3、厚度異種鋼焊接接頭焊接裂紋形：成原因及對策石油化工設備，（）張幼德，湯曉英，張玉明氧氣管道異種鋼焊接材料選（）：用分析化工設備與管道，（），（許編）收稿日期：，男，吉林洮南人，工程師，碩士，從事熱交換器產品的研發(fā)工作。作者簡介：王立新（）··年第卷石油化工設備，（），：；用于熱力計算在板式熱交換器的設計計算中，的傳熱關聯(lián)式非常重要。板片型式不同，其傳熱關聯(lián)式也不同，目前還沒有一個通用的傳熱關聯(lián)式可當開發(fā)出新的以對所有板型進行熱力計算。因此，板片型式后，必須對其進行傳熱實驗，通過對實驗數(shù)據的處理以獲得該型板片的傳熱關聯(lián)式。板式熱交換器傳熱實驗數(shù)據處理的常規(guī)方法有等值法（等雷諾

4、數(shù)法、等流速法、等質量流量法）和傳其中，等值法要求實驗中保統(tǒng)的數(shù)據處理方法兩種，持冷側和熱側流體的雷諾數(shù)、流速以及質量流量相。文獻實驗條件比較苛刻中所述的傳等，）式（中包含了）、這個參式（、數(shù)，即希望通過實驗得到的板片傳熱信息。最優(yōu)法、等值法以及傳統(tǒng)的數(shù)據處理方法都是在式（）式（）的基礎上，通過各種數(shù)學手段，求出、這個參數(shù)的過程。傳熱實驗一般測量兩側流體的流量（體積流量及進、出口溫度，在已知板片換熱面積或質量流量）可通過下式求得。的情況下，（）式中，；為對數(shù)平均溫差修訂系數(shù)；為熱流量，。；為換熱面積，為對數(shù)平均溫差，文獻中以列表的形式給出值。在實統(tǒng)數(shù)據處理方法中要求板型常數(shù)預先有一個假設數(shù)值，

5、然后再進行驗證，計算效率比較低。為了解決板式熱交換器傳熱實驗數(shù)據處理方法筆者提出一種全新的板式熱交換器傳熱實的缺陷，最優(yōu)化法。此方法基于最優(yōu)化驗數(shù)據處理方法把數(shù)據處理過程等效描述成求解帶有約束條原理，不僅計算速度快，而且可任意選取件的目標值問題，實驗工況點，具有限定條件少、操作方便及數(shù)據處理簡單的特點。可以擬合成下面的函數(shù)形式：際使用時，（）（，）式中，為傳熱單元數(shù)；為熱容比；為板片數(shù)。）和式（兩個方程中均包含和，可通式（過迭代求解。等值法與傳統(tǒng)方法等值法為了數(shù)學在板式熱交換器傳熱實驗數(shù)據處理時，處理方便，人為地調整實驗過程中測試的參數(shù)。等雷）中帶入得到如下方程：諾數(shù)法通過在式（、，（）板式熱

6、交換器傳熱式：板式熱交換器的傳熱關聯(lián)式一般可表示成（）（）式中，為努塞爾數(shù)；為雷諾數(shù)；為普朗特數(shù)；和為板型實驗常數(shù)。）式（對應于熱流體，式（對應于冷流體。由）于冷、熱側通道結構相似，故式（和式（中和）式中，為當量直徑，。）式（中未知數(shù)和在方程左側，右側都是已知量，利用最小二乘法可直接求解出和值。），同理在式（中分別帶入（和式（可得等流等質量流量法的方程形式如下：速法、取值相同。熱交換器基本方程為：（）（·式中，為傳熱系數(shù)，為對流傳熱系數(shù)，；（）；·為板片厚度，為板片導熱系數(shù)，×（）（）（）；下標表示熱側，下標表示冷側。）最優(yōu)化法等：板式熱交換器傳熱試驗數(shù)據處理的一

7、種新方法第期王立新，（）（）··得出一個工況點的和值，同時通過求解，也得到了在其他工況點也可得出、。類似地，（）這個個參數(shù)的值，把所有熱側實驗點與冷側實驗）點數(shù)值放在一起通過最小二乘法求出式（和式（的和值即可。）式（中，）為板間距，；式（為動力粘度，·；。為運動粘度，為質量流量，）與式（相比，式（和式（方程兩邊都含有未知量，必須通過假設初值，求出最終和值。）數(shù)據處理過程較式（復雜，但實驗中流速與流量比雷諾數(shù)容易控制，因為雷諾數(shù)除了與流速有關外，還與實驗介質的溫度密切相關。最優(yōu)化法示例以文獻的數(shù)據為計算數(shù)據，輸入表格）中，利用圖設置目標單元的規(guī)劃求解工具（格為含有，

8、），）方程（的單元格，目標值為?？勺儐卧癜蛥?shù)，設置約束條件后點擊求解，由此可得到一組和值。傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)的處理方法直接對式（進行處）式（理，先假設和的初值，求出然后通過式、，（）驗證假設的正確與否，一般需經過多次迭代才能求出最終和值，但不能給出迭代過程中新值變化的方向，且會增加計算時間。最優(yōu)化法本文提出的板式熱交換器傳熱實驗數(shù)據處理的最優(yōu)化法可完全克服上述不足。對每一個工況點，從式（和式（可得）、，從式（和式（中求出，），）（，值帶入式（中，如果和的值正確必然存）在下式：由此，可提出優(yōu)化法的數(shù)學模型如下：約束條件：（）圖規(guī)劃求解工具為了方便可利用每組實驗點均進行類似處理，。程序處理數(shù)據處

9、，的初值為時，當?shù)某踔禐槔斫Y果見表。需要說明的是，由于篇幅有限，表列出的是最終計算結果。以上求出的是對應于每個工況點的和值。如要得到對所有點都適用的和值，對式（和）式（進行變換，有下述公式成立：（）（）表數(shù)據處理結果熱側流體冷側流體·（）最終計算結果·工況··（）×要求為··年第卷石油化工設備結果見圖。對表數(shù)據進行最小二乘法處理，圖中數(shù)據點均勻且集中地分布在擬合直線兩邊，相關度接近，得出、。換器傳熱關聯(lián)式的擬合當中。參考文獻：陶樂仁等雷諾數(shù)法在板式熱交換器傳熱歐陽新萍，：試驗中的應用熱能動力工程，（），郭進生，郭軍生，等板式

10、熱交換器傳熱和阻力徐志明，：熱科學與技術，特性的實驗研究，（）吳國妹，劉寶興等流速法在板式熱交換器歐陽新萍，：傳熱試驗中的應用動力工程，（）圖最優(yōu)法實驗數(shù)據處理結果復合波紋板式熱交換器強化傳熱機理及傳熱張冠敏特性研究濟南：山東大學，板式熱交換器準數(shù)關聯(lián)式的研究沈陽化宮錫坤工，：顧雄德，劉乃瑛，等型板式熱交換器的潘玉華，：傳熱與阻力性能實驗化工機械，（）板式熱交換器工程設計手冊機械北京：楊崇麟工業(yè)出版社，：，（）：，傳熱板片對數(shù)對板式熱交換器性能的影響馮志良（）：石油化工設備，楊儒周，宮兵，何璟板式換熱器設計計算影響因（）：素石油化工設備，增刊，董其伍，張垚熱交換器中國石化出版北京：社，：中文版高級編程寶典清華大學出版社，北京：（許編）將和式（、代入式（）。而文獻中有的結果為。由此可見，與文獻相符性較好。在實驗要求的雷諾數(shù)范圍內，將本文處理結果與文獻的處理結果進行了誤差比較，結果見圖。從圖中可知，最大誤差為最小誤差，隨著雷諾數(shù)的增大，紊流程為。由此可見，度逐漸加劇，這兩種方法處理數(shù)據的結果也越來越接近。存在的誤差可能是由于數(shù)據處理時的截或者水的物性選擇的差異所致，是可以接斷誤差，受的。本文水的物性是根據最精確的擬合公式帶入計算的。櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗毉櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗毉圖有效雷諾數(shù)范圍內的差異分析結語文中提出的最優(yōu)化法在處理板式熱交換器