一種獲取螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種獲取螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器作為熱交換和熱傳遞的設(shè)備，應(yīng)用在眾多生產(chǎn)部門(mén)中。螺旋折流板換熱器屬于換熱器的一種，螺旋折流板換熱器由管殼和折流板組成，每塊折流板面積占螺旋折流板換熱器管殼橫截面積的四分之一或三分之一，每塊折流板與管殼軸線保持一定傾角，多個(gè)折流板順次連接形成連續(xù)螺旋狀，并設(shè)置在管殼內(nèi)。如此使得通過(guò)螺旋折流板換熱器的流體呈螺旋狀流動(dòng)，從而降低流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力，減小了流體壓降，使得螺旋折流板換熱器具有良好的性能。因?yàn)槁菪哿靼鍝Q熱器具有良好的性能，使得螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)成為主要研究方向。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)人員通過(guò)螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)條件猜測(cè)螺旋折流板換熱器的總傳熱系數(shù)的系數(shù)值，并通過(guò)總傳熱系數(shù)的系數(shù)值來(lái)計(jì)算螺旋折流板換熱器的換熱面積，從而得出螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。由于總傳熱系數(shù)的系數(shù)值是猜測(cè)得出的，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要反復(fù)猜測(cè)并修改總傳熱系數(shù)的系數(shù)值，并且最后得到的螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸往往不滿足螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)條件。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，缺少對(duì)于螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)條件猜測(cè)總傳熱系數(shù)的系數(shù)值，使得總傳熱系數(shù)的系數(shù)值不準(zhǔn)確需要反復(fù)修改，使得在設(shè)計(jì)螺旋折流板換熱器中缺乏可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而大大降低設(shè)計(jì)效率；并且使得在最終確定的螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸下得到的換熱性能與所期望的換熱性能相差較大，需要重新設(shè)計(jì)并制作螺旋折流板換熱器，造成原料和設(shè)計(jì)成本的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)缺少對(duì)于總傳熱系數(shù)和殼程壓降系數(shù)計(jì)算方法的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種獲取螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的方法及裝置。所述技術(shù)方案如下:
[0007]提供一種獲取螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的方法，所述方法包括:
[0008]獲取螺旋折流板換熱器的約束條件數(shù)據(jù)；
[0009]根據(jù)所述約束條件數(shù)據(jù)，獲取結(jié)構(gòu)尺寸、殼程膜傳熱系數(shù)和管程傳熱系數(shù)；
[0010]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算螺旋折流板換熱器的第一傳熱面積；
[0011]根據(jù)所述殼程膜傳熱系數(shù)和所述管程傳熱系數(shù)計(jì)算第一總傳熱系數(shù)；
[0012]根據(jù)所述第一總傳熱系數(shù)計(jì)算所述螺旋折流板換熱器的第二傳熱面積；
[0013]如果所述第一傳熱面積與所述第二傳熱面積之間的比值在預(yù)設(shè)的比值范圍內(nèi)，將所述結(jié)構(gòu)尺寸確定為所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0014]進(jìn)一步地，所述約束條件數(shù)據(jù)包括螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)；
[0015]所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括殼體直徑、管程數(shù)、管長(zhǎng)、管外徑、管道排布形式、換熱管類型和折流板傾角角度；
[0016]所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)包括流體的速度值、流體的入口溫度值和流體的入口壓力值；
[0017]所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)包括流體的密度值、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和粘度值。
[0018]進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述約束條件數(shù)據(jù)，獲取結(jié)構(gòu)尺寸、殼程膜傳熱系數(shù)和管程傳熱系數(shù)，包括:
[0019]根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，確定所述結(jié)構(gòu)尺寸；
[0020]根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)設(shè)的螺旋折流板殼程傳熱關(guān)聯(lián)式計(jì)算所述殼程膜傳熱系數(shù)；
[0021]根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)設(shè)的螺旋折流板管程傳熱關(guān)聯(lián)式計(jì)算所述管程傳熱系數(shù)。
[0022]進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)計(jì)算所述殼程膜傳熱系數(shù)，具體包括:
[0023]通過(guò)如下公式(I)所示預(yù)設(shè)的螺旋折流板殼程傳熱關(guān)聯(lián)式計(jì)算所述殼程膜傳熱系數(shù):
[0024]Nus=CResmPrsnβ a 和 hs=NusX λ s/des......(I)；
[0025]在上述公式(I)中:hs為殼程膜傳熱系數(shù)；Nus為殼程努賽爾準(zhǔn)數(shù)；Res為殼程流體雷諾準(zhǔn)數(shù)；C、m、n和a為傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式系數(shù)；Nus、Res、C、m、η和a根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定；Prs為殼程流體普朗特準(zhǔn)數(shù)，Prs根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定；β為螺旋折流板傾角，β根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定；λ s為殼程流體導(dǎo)熱系數(shù)，λ 3根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定；cU為當(dāng)量直徑，根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定。
[0026]進(jìn)一步地，所述方法還包括:
[0027]如果所述第一傳熱面積與所述第二傳熱面積之間的比值不在預(yù)設(shè)的比值范圍內(nèi)，則調(diào)整所述結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)所述調(diào)整后的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算所述第三傳熱面積，并根據(jù)所述調(diào)整后的結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)，計(jì)算第二總傳熱系數(shù)，根據(jù)所述第二總傳熱系數(shù)計(jì)算第四傳熱面積，如果所述第三傳熱面積與所述第四傳熱面積之間的比值在預(yù)設(shè)的比值范圍內(nèi)，則將所述調(diào)整后的結(jié)構(gòu)尺寸確定為所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0028]進(jìn)一步地,所述方法還包括:
[0029]通過(guò)如下公式(2)所示的螺旋折流板殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算殼程壓力降；
[0030]fs=gReshβ 1 和Λ Ps=fsX (0.5X P sXus2) XL/des......(2)；
[0031]在上述公式(2)中:Λ Ps為殼程壓力降；fs為殼程阻力系數(shù)；P s為殼程流體密度，由所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定；US為殼程流體流速，由所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定山為換熱管管長(zhǎng)，由所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定；g、h和i為殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)，所述殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定。
[0032]提供一種獲取螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)尺寸的裝置，所述裝置包括:
[0033]第一獲取模塊，用于獲取螺旋折流板換熱器的約束條件數(shù)據(jù)；
[0034]第二獲取模塊，用于根據(jù)所述約束條件數(shù)據(jù)，獲取結(jié)構(gòu)尺寸、殼程膜傳熱系數(shù)和管程傳熱系數(shù)；
[0035]第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算螺旋折流板換熱器的第一傳熱面積；
[0036]第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述殼程膜傳熱系數(shù)和所述管程傳熱系數(shù)計(jì)算第一總傳熱系數(shù)；
[0037]第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一總傳熱系數(shù)計(jì)算所述螺旋折流板換熱器的第二傳熱面積；
[0038]確定模塊，用于如果所述第一傳熱面積與所述第二傳熱面積之間的比值在預(yù)設(shè)的比值范圍內(nèi)，將所述結(jié)構(gòu)尺寸確定為所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0039]進(jìn)一步地，所述約束條件數(shù)據(jù)包括螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)；
[0040]所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括殼體直徑、管程數(shù)、管長(zhǎng)、管外徑、管道排布形式、換熱管類型和折流板傾角角度；
[0041]所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)包括流體的速度值、流體的入口溫度值和流體的入口壓力值；
[0042]所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)包括流體的密度值、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和粘度值。
[0043]進(jìn)一步地，所述第二獲取模塊包括:
[0044]確定單元，用于根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，確定所述結(jié)構(gòu)尺寸；
[0045]第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)計(jì)算所述殼程膜傳熱系數(shù)；
[0046]第二計(jì)算單元，用于根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)計(jì)算所述管程傳熱系數(shù)。
[0047]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:
[0048]第四計(jì)算模塊，用于通過(guò)如下公式(2)所示的螺旋折流板殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算殼程壓力降；
[0049]fs=gReshβ 1 和Λ Ps=fsX (0.5X P sXus2) XL/des......(2)；
[0050]在上述公式(2)中:Λ Ps為殼程壓力降；fs為殼程阻力系數(shù)；Ps為殼程流體密度，由所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定；us為殼程流體流速，由所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定山為換熱管管長(zhǎng)，由所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定；g、h和i為殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)，所述殼程阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)根據(jù)所述螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述螺旋折流板換熱器的工藝數(shù)據(jù)和所述螺旋折流板換熱器的物性數(shù)據(jù)確定。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0052]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)獲取約束條件數(shù)據(jù),初步確定結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)初步確定的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算換熱器的第一傳熱面積，并通過(guò)約束條件數(shù)據(jù)計(jì)算總傳熱系數(shù)和第二傳熱面積，通過(guò)比較第一傳熱面積與第二傳熱面積，最終確定螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)尺