螺旋板式换热器的性能评价指标案例分析

关键词:螺旋板式换热器;火积耗散;性能评价;
The spiral plate heat exchanger performance evaluation index case analysis
Abstract
To solve the problem of today's world energy crisis, energy conservation is becoming a more and more important topic, heat exchanger occupies an important place in the field of energy conservation, however, because of the heat exchanger is one of the most widely used equipment in the traditional energy-intensive heavy industry, it as the mainly equipment in the process of preheating, waste heat recovery, refrigeration, made outstanding contributions to energy saving.Spiral plate heat exchanger is widely used in the fields of industrial, civil, pharmaceutical and sothod with the aid of experience, the study of its theory is not enough widely and deeply, so it's often cannot meet the practical needs and replaced by other types of heat exchangers. With the development of computer technology, all kinds of optimization algorithm and the techniques of computational fluid dynamics is developed, provides feasibility for the further study of heat exchanger. Based on the spiral plate heat exchanger as the research object, this paper select the established model, through the analysis of the existing heat transfer reinforcement theory, combined with the classical genetic algorithm to programming optimization of spiral plate heat exchanger, iterative calculation to obtain the optimal structural parameters of spiral plate heat exchanger.On this basis, with the entransy dissipation theory as the foundation, puts forward a new physical quantities of entransy, and established a new heat exchanger performance evaluation standard of total cost of unit heat transfer model, and use it as the objective function, analyzes the relationship between the structural parameters in the spiral plate heat exchanger (cold and hot fluid velocity, plate spacing) and it .Because the total cost of unit heat transfer not only consider the thermodynamic performance of heat exchanger but also considered the economic feasibility.Finally combining with Fluent simulate the performance of the heat exchanger before and after optimization, further analyzes the internal flows. the research of this paper provides a theoretical basis for the design, the structure optimization and performance prediction of
Key words: Spiral-plate heat exchanger; entransy dissipation;
Performance evaluation.
目录
第 1 章绪论 1.1 引言二 1.2 换热器的研究现状 1. 3 优化的方法 1.4 传热强化理论的研究 1.5 换热器热经济学评价原则 第 2 章螺旋板式换热器的结构设计. 2. 1 引言 2.2 螺旋板式换热器工艺设计 2.3 螺旋板式换热器结构设计 2.4 本章小结 第 3 章换热器的优化 3.1 遗传算法过程简介 3.2 基于火积耗散最小法的换热器优化设计 3.2.1 优化的边界条件和编程 3.2.2 程序迭代结果分析 3.3 优化结果分析及换热器新结构参数计算 3.4 本章小结 第 4 章换热器的热力学及热经济学分析 4.1 换热器性能的评价方法研究现状 4.2 嫡和火用分析 4.2.1 嫡参数的计算 4.2.2 火用参数的计算 4.3 火积分析 4.3.1 火积耗散等量的计算 4.3.2 基于火积耗散理论的换热器热阻计算 4.4 换热器性能的火积经济学分析 第 5 章结论与展望 5.1 主要结论 5.2 主要创新点 5.3 未来研究展望 参考文献 致谢
第 1 章绪论
1.1 引言 我们都知道人类文明就是从对能源的利用开始的，并且经历了从利用木柴到开发煤炭， 再到油气的盛行，导致能源利用总量不断增加，以及能源的结构也在不断变化。因此可以 出能源在人类社会发展过程中占有的重要地位，对能源利用的形式决定了人类社会发展 水平的高度以及人们生活水平的高低，它越来越成为我们能够繁衍生息的基础和推动力。 对能源开发形式的越来越复杂伴随着的就是生产力的巨大飞跃，同时也极大地推动了人类 社会的发展。随着人类对能源特别是化石能源的使用量越来越大，能源与人类社会发展和 资源环境之间的相互作用也越来越明显，或者说能源的反作用逐渐体现出来。 随着现代社会的发展，人类文明的进步，尤其是 21 世纪的工业革命之后，社会的发展 进入了一个飞跃式的阶段，工业化和城市化越来越快，从而催动了社会对能源的极大需求， 尤其是一些钢铁等高能耗工业的发展， 社会各行各业已经离不开能源， 能源作为经济社会发 展的壁垒也越来越高。 然而随着对能源开采利用的程度越来越高， 我们也发现地球上能够利 用的能源是有限的， 导致了在这个全局稳定的前提下， 各个国家将发展经济作为各国的基本 国策， 却受到了可利用能源短缺的限制， 各国为了争夺可利用能源经常出现摩擦甚至小的战 争，引起了世界的局部动荡，能源安全也已经上升到了各国关注的重点，世界各国也都在围 绕着能源安全制定一系列的安全政策。从上面的介绍可以看出，能源不仅保障人类的生存， 推动社会发展，也能影响到世界的和平。 由于能源的大量消耗，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。而各个行业的能源 消耗是不同的， 其中工业消耗的能源是最多的。 目前工业能源消耗占全国能源消耗量的比重 已达到 71. 1%左右。 所以工业的发展决定着能源的消耗程度和对能源的开发方向， 直接影响 到可利用能源的未来。 工业部门的能源效率问题更值得关注， 并且我国产业结构仍以能源消 耗较大的工业为主。 紧缺的资源、 恶化的环境和生态系统严重的抑制了我国社会的发展和稳 定，影响到了人们的生活质量。因为地球上可利用能源的储量是有限的，所以我国乃至世界 的发展方向都是要对高能耗产业进行大量的技术投资， 提高其能源利用效率， 同时要不断寻 求新的可持续利用的能源来代替当下高能耗行业所利用的化石能源， 这样不仅能够减少能源 消耗，还可以实现可持续发展。要降低能源消耗，不能光考虑局部，必须从总体水平上降低 能源消耗，同时提高能源利用效率。 从各个文献和网络显示的资料可以看出， 在现代各个化工、 钢铁等重工业企业中换热器 所占的投资都很大。比如:化学工业中换热器投资大约占设备总投资的 30% ，在炼油厂约占 全部工艺设备的 40% ，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。所谓换热第 器从名字上就可以知道其作用目的，就是用来换热的，在热冷流体之间进行热量转换，由 于热量转换这个过程在各个化工厂或者是重工业中都是最常见的，所以换热器便是各个工 厂一换热过程的核心设备， 当然还有其他的辅助设备。 换热器既可以是单一的设备进行某一 过程，如冷却和加热过程中的冷却器和加热器等;也可作为某一工艺过程中设备的一部分， 如煤炭工业中、炼油、制碱等工艺过程的余热回收装置等。由此我们可以看出换热器在各 行各业中的地位是很重要的，是不可缺少的部件，要想追求更好的能源利用效率和经济性 就必须合理的设计和配备好换热的各个过程，这和换热器的设计研究是密不可分的，因此 要实现节能降耗，追求更好的利益首先应从换热器这方面着手。 对换热器来说最重要的就是热量交换的性能，所以各国都在对换热器的强化传热技术 进行研究。强化传热技术的研究主要从理论研究到实验验证，再进行新技术的成型，最后 开发出新的产品，这个过程世界各国已经进入比较高阶段的探索，其所影响的领域很广。 换热器强化传热技术的研究和应用不但能够解决资源短缺、环境恶化和生态问题，从经济