板式熱交換器傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的一種新方法_最優(yōu)化法

1、卷第期石油化工設(shè)備第年月（）文章編號(hào)：板式熱交換器傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)數(shù)據(jù)處理的新方法兩側(cè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置不受限制、迭代速度快、方便直觀、快速簡(jiǎn)潔方法具有兩側(cè)實(shí)驗(yàn)工質(zhì)不受限制、的特點(diǎn)，可完全克服等值法（等流速法、等雷諾數(shù)法和等質(zhì)量流量法）試驗(yàn)條件苛刻和傳統(tǒng)方法計(jì)算效率低的不足。采用最優(yōu)化法對(duì)已有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其結(jié)果與等雷諾數(shù)法處理結(jié)果相比，差值在。關(guān)鍵詞：板式熱交換器；傳熱試驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理；最優(yōu)化法中圖分類(lèi)號(hào)：；文獻(xiàn)標(biāo)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(cè)（第卷中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)料的焊接）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，：焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）北京：機(jī)械工周振豐業(yè)出版社，焊接手冊(cè)北京：機(jī)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)械工業(yè)出版社，張永強(qiáng)，舒興樓，等鑄錠鍛造性能馮巖，（）：的研究材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，竇濤，裴振剛，等銅鎳海水冷卻金曉男，：器管側(cè)泄漏原因分析中國(guó)海上油氣，（）銅制壓力容器全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)釋義北京：新華出版社，：鐵白銅焊接接頭的組織和力學(xué)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(duì)策石油化工設(shè)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(shè)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(chǎn)品的研發(fā)工作。作者簡(jiǎn)介：王立新（）··年第卷石油化工設(shè)備，（），：；用于熱力計(jì)算在板式熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算中，的傳熱關(guān)聯(lián)式非常重要。板片型式不同，其傳熱關(guān)聯(lián)式也不同，目前還沒(méi)有一個(gè)通用的傳熱關(guān)聯(lián)式可當(dāng)開(kāi)發(fā)出新的以對(duì)所有板型進(jìn)行熱力計(jì)算。因此，板片型式后，必須對(duì)其進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理以獲得該型板片的傳熱關(guān)聯(lián)式。板式熱交換器傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(zhì)量流量法）和傳其中，等值法要求實(shí)驗(yàn)中保統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法兩種，持冷側(cè)和熱側(cè)流體的雷諾數(shù)、流速以及質(zhì)量流量相。文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件比較苛刻中所述的傳等，）式（中包含了）、這個(gè)參式（、數(shù)，即希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jù)處理方法都是在式（）式（）的基礎(chǔ)上，通過(guò)各種數(shù)學(xué)手段，求出、這個(gè)參數(shù)的過(guò)程。傳熱實(shí)驗(yàn)一般測(cè)量?jī)蓚?cè)流體的流量（體積流量及進(jìn)、出口溫度，在已知板片換熱面積或質(zhì)量流量）可通過(guò)下式求得。的情況下，（）式中，；為對(duì)數(shù)平均溫差修訂系數(shù)；為熱流量，。；為換熱面積，為對(duì)數(shù)平均溫差，文獻(xiàn)中以列表的形式給出值。在實(shí)統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法中要求板型常數(shù)預(yù)先有一個(gè)假設(shè)數(shù)值，

5、然后再進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算效率比較低。為了解決板式熱交換器傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法筆者提出一種全新的板式熱交換器傳熱實(shí)的缺陷，最優(yōu)化法。此方法基于最優(yōu)化驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法把數(shù)據(jù)處理過(guò)程等效描述成求解帶有約束條原理，不僅計(jì)算速度快，而且可任意選取件的目標(biāo)值問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)，具有限定條件少、操作方便及數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？梢詳M合成下面的函數(shù)形式：際使用時(shí)，（）（，）式中，為傳熱單元數(shù)；為熱容比；為板片數(shù)。）和式（兩個(gè)方程中均包含和，可通式（過(guò)迭代求解。等值法與傳統(tǒng)方法等值法為了數(shù)學(xué)在板式熱交換器傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，處理方便，人為地調(diào)整實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試的參數(shù)。等雷）中帶入得到如下方程：諾數(shù)法通過(guò)在式（、，（）板式熱

6、交換器傳熱式：板式熱交換器的傳熱關(guān)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?cái)?shù)；和為板型實(shí)驗(yàn)常數(shù)。）式（對(duì)應(yīng)于熱流體，式（對(duì)應(yīng)于冷流體。由）于冷、熱側(cè)通道結(jié)構(gòu)相似，故式（和式（中和）式中，為當(dāng)量直徑，。）式（中未知數(shù)和在方程左側(cè)，右側(cè)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(zhì)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(duì)流傳熱系數(shù)，；（）；·為板片厚度，為板片導(dǎo)熱系數(shù)，×（）（）（）；下標(biāo)表示熱側(cè)，下標(biāo)表示冷側(cè)。）最優(yōu)化法等：板式熱交換器傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的一

7、種新方法第期王立新，（）（）··得出一個(gè)工況點(diǎn)的和值，同時(shí)通過(guò)求解，也得到了在其他工況點(diǎn)也可得出、。類(lèi)似地，（）這個(gè)個(gè)參數(shù)的值，把所有熱側(cè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與冷側(cè)實(shí)驗(yàn)）點(diǎn)數(shù)值放在一起通過(guò)最小二乘法求出式（和式（的和值即可。）式（中，）為板間距，；式（為動(dòng)力粘度，·；。為運(yùn)動(dòng)粘度，為質(zhì)量流量，）與式（相比，式（和式（方程兩邊都含有未知量，必須通過(guò)假設(shè)初值，求出最終和值。）數(shù)據(jù)處理過(guò)程較式（復(fù)雜，但實(shí)驗(yàn)中流速與流量比雷諾數(shù)容易控制，因?yàn)槔字Z數(shù)除了與流速有關(guān)外，還與實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的溫度密切相關(guān)。最優(yōu)化法示例以文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)為計(jì)算數(shù)據(jù)，輸入表格）中，利用圖設(shè)置目標(biāo)單元的規(guī)劃求解工具（格為含有，

8、），）方程（的單元格，目標(biāo)值為。可變單元格包含和參數(shù)，設(shè)置約束條件后點(diǎn)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(duì)式（進(jìn)行處）式（理，先假設(shè)和的初值，求出然后通過(guò)式、，（）驗(yàn)證假設(shè)的正確與否，一般需經(jīng)過(guò)多次迭代才能求出最終和值，但不能給出迭代過(guò)程中新值變化的方向，且會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。最優(yōu)化法本文提出的板式熱交換器傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的最優(yōu)化法可完全克服上述不足。對(duì)每一個(gè)工況點(diǎn)，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(xué)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)均進(jìn)行類(lèi)似處理，。程序處理數(shù)據(jù)處

9、，的初值為時(shí)，當(dāng)?shù)某踔禐槔斫Y(jié)果見(jiàn)表。需要說(shuō)明的是，由于篇幅有限，表列出的是最終計(jì)算結(jié)果。以上求出的是對(duì)應(yīng)于每個(gè)工況點(diǎn)的和值。如要得到對(duì)所有點(diǎn)都適用的和值，對(duì)式（和）式（進(jìn)行變換，有下述公式成立：（）（）表數(shù)據(jù)處理結(jié)果熱側(cè)流體冷側(cè)流體·（）最終計(jì)算結(jié)果·工況··（）×要求為··年第卷石油化工設(shè)備結(jié)果見(jiàn)圖。對(duì)表數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法處理，圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻且集中地分布在擬合直線兩邊，相關(guān)度接近，得出、。換器傳熱關(guān)聯(lián)式的擬合當(dāng)中。參考文獻(xiàn)：陶樂(lè)仁等雷諾數(shù)法在板式熱交換器傳熱歐陽(yáng)新萍，：試驗(yàn)中的應(yīng)用熱能動(dòng)力工程，（），郭進(jìn)生，郭軍生，等板式

10、熱交換器傳熱和阻力徐志明，：熱科學(xué)與技術(shù)，特性的實(shí)驗(yàn)研究，（）吳國(guó)妹，劉寶興等流速法在板式熱交換器歐陽(yáng)新萍，：傳熱試驗(yàn)中的應(yīng)用動(dòng)力工程，（）圖最優(yōu)法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果復(fù)合波紋板式熱交換器強(qiáng)化傳熱機(jī)理及傳熱張冠敏特性研究濟(jì)南：山東大學(xué)，板式熱交換器準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的研究沈陽(yáng)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(shí)驗(yàn)化工機(jī)械，（）板式熱交換器工程設(shè)計(jì)手冊(cè)機(jī)械北京：楊崇麟工業(yè)出版社，：，（）：，傳熱板片對(duì)數(shù)對(duì)板式熱交換器性能的影響馮志良（）：石油化工設(shè)備，楊儒周，宮兵，何璟板式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算影響因（）：素石油化工設(shè)備，增刊，董其伍，張垚熱交換器中國(guó)石化出版北京：社，：中文版高級(jí)編程寶典清華大學(xué)出版社，北京：（許編）將和式（、代入式（）。而文獻(xiàn)中有的結(jié)果為。由此可見(jiàn)，與文獻(xiàn)相符性較好。在實(shí)驗(yàn)要求的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，將本文處理結(jié)果與文獻(xiàn)的處理結(jié)果進(jìn)行了誤差比較，結(jié)果見(jiàn)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(jiàn)，度逐漸加劇，這兩種方法處理數(shù)據(jù)的結(jié)果也越來(lái)越接近。存在的誤差可能是由于數(shù)據(jù)處理時(shí)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(jù)最精確的擬合公式帶入計(jì)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(nèi)的差異分析結(jié)語(yǔ)文中提出的最優(yōu)化法在處理板式熱交換器