紧凑绕管式换热器优化设计共15页文档
绕管式换热器的布置及管道设计方案研究
绕管式换热器的布置及管道设计方案研究摘要：换热器设备在化工装置当中的应用是十分广泛的。
在整个工程当中，换热器的数量以及投入的资金都占据着非常大的比例。
并且在整个工程当中也占有着一个十分重要的地位。
绕管式换热器能够适应非常大的温度区间，并且是一种高效紧凑的换热器，能够承受住热量的冲击，并且这种换热器的自身也带有消除热应力的能力。
因此绕管式换热器具有节能环保的特点，近些年来绕管式换热器应用的越来越广泛。
关键词：绕管式；换热器，管道设计换热器可以在工业生产当中完成物料之间热量的传递。
换热器是一种通用的工艺设备，在许多领域当中都广泛应用，比方说化工，炼油和原子能等等。
换热器在化工以及炼油等工业产业当中的应用是非常重要的。
换热器在化工厂的建设投资比重当中，可以占到总投资的10%到20%。
在石油炼厂当中的占投资比例更是高，可以占到全部工艺设备投资的35%到40%。
绕管式换热器属于间壁式管式换热器。
这是从传热原理上进行区分的。
因为管式换热器具有耐高压的性能，而绕管式换热器也具有同样的性能。
不仅如此，绕管式换热器的结构比较紧凑，传热效率也比较高。
绕管式换热器的传热管是非常长的，可以达到50到60米，甚至有一些更长的可以达到150到160米。
这种换热器特别适合应用在低温下的气体分离装置当中，比方说空气分离装置，稀有气体分离装置等等。
一、绕管式换热器的特点和应用对于一些普通的换热器来说，绕管式换热器是有其独特的优势的，绕管式换热器的构成比较特殊。
传热器是按照螺旋的形式交替缠绕在芯筒和外筒之间的空间内的。
绕管式换热器是不存在流动死区的，并且这种换热器的应用范围比较广。
它能适用的温度区间也比较大。
面对热冲击的能力也是非常强的，可以利用自身的特点来消除热应力，紧凑度也比较高。
绕管式换热器和普通换热器还有一个最大的特点。
就是绕管式换热器可以设置多股管，这样一台换热器就可以满足多股流体的同时换热。
正是由于绕管式换热器的这样的特点，现在绕管式换热器在化工装置当中应用的越来越广泛，并且占有了非常重要的位置。
缠绕管式换热器介绍
降低成本
在满足性能要求的前提下，通过优化设计降 低制造成本和维护成本。
提高可靠性
通过优化设计，提高换热器的可靠性和使用 寿命。
计算流体动力学分析
流体动力学分析
利用计算流体动力学（CFD）技术，对流体的流动状态、传热过程和 流动阻力等进行模拟和分析。
缠绕管式换热器介绍
contents
目录
• 缠绕管式换热器概述 • 缠绕管式换热器的结构与材料 • 缠绕管式换热器的性能特点 • 缠绕管式换热器的设计与优化 • 缠绕管式换热器的安装与维护 • 缠绕管式换热器的发展趋势与展望
01
缠绕管式换热器概述
定义与特点
高效换热
由于管子采用螺旋缠绕方式，使 得冷热流体在管内外流动时能够 形成较大的温差，从而提高换热 效率。
优化流道设计
根据CFD分析结果，优化流道设计，改善流体流动状态，提高换热效 率。
性能预测
通过CFD分析，预测换热器的性能，为后续优化提供参考。
实验验证
将CFD分析结果与实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
05
缠绕管式换热器的安装 与维护
安装注意事项
安装前应检查设备是 否完好无损，确保所 有部件符合要求。
定义
缠绕管式换热器是一种通过将管 子螺旋缠绕在芯棒上，再通过外 部固定圈进行固定的换热设备。
紧凑结构
由于管子紧密缠绕，使得换热器 体积较小，便于安装和维护。
耐高压
由于结构紧凑和管子较细，使得 换热器能够承受较高的压力。
适应性强
适用于各种不同的流体和温度条 件，可根据实际需求进行定制。
工作原理
01
冷热流体在管内外流动，通过 管壁进行热量交换。
管式换热器的优化设计
30613 305618 49613 1161912 1739317 17210
26717 202919 39712 347213 779312 16210
35516 272217 57111 489719 3284416 11910
Ds (m) 面积余量 ( %)
0160
0146
39
0151
0138
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pipe space and the pipe outer diameter , as optimization criterion. By taking the early investment and annual running charge as objective function for optimum seeking , and by means of computers , complicated calculation is avoided. The values obtained from the optimum calculation are compared with that from the conventional calculation , and the result shows that , by means of the optimum design , under the given restrains , the pipe heat exchanger can operate well with a reduction of over 25 % heat transfer area.
缠绕管式换热器介绍
冷热流体通过 缠绕管内壁进
行热交换
热量通过管壁 和缠绕的波纹
板传递
冷热流体在管 间流动，实现
热量交换
热量通过管壁 和波纹板传递 给管外的冷却 水或加热介质
高效传热：缠绕管式换 热器采用独特的管内管 外缠绕结构，有效增加 换热面积，提高传热效 率。
耐高温高压：材料选 择优良，能够承受高 温高压的工况，保证 设备长期稳定运行。
解决方案：检查密封件和连接处，及时修复泄漏问题。
解决方案：检查换热器内部是否有堵塞或结垢，及时清理并进行调整。
汇报人：XX
核能发电：用于冷却反应堆，提高发电效率 火电发电：用于冷却锅炉，提高发电效率 风电发电：用于冷却涡轮机，提高发电效率 太阳能发电：用于冷却吸热器，提高发电效率
制药行业：用于 药品生产和加工 过程中的加热、 冷却和蒸发等工 艺流程，提高生 产效率和产品质 量。
化工行业：用于 各种化学反应过 程中的热交换， 如聚合、裂解、 蒸馏等，同时能 够承受各种腐蚀 性介质。
利用效率
海水淡化：用 于大规模海水 淡化工厂的换
热
PART FOUR
传热效率：选择传 热效率高的换热器， 以满足工艺要求。
耐腐蚀性：根据工 艺介质的腐蚀性选 择耐腐蚀的材料。
机械强度：考虑换 热器的机械强度， 以确保其稳定性和 安全性。
经济性：在满足工 艺要求的前提下， 选择价格合理的换 热器。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
外部壳体：提供稳定的支撑和 保护，防止外部环境对换热器 的干扰
缠绕管：由多个薄壁金属管 绕成，用于热量交换
缠绕管式换热器
优化设计管壳式换热器
(9) 接管尺寸要求与管道尺寸相匹配 , 以避 免增加大小头 , 然而通常接管尺寸要比管线尺寸 更严格 , 尤其对于壳侧入口 。因此接管尽寸有时 比对应管线尺寸大 。
(10) 换热管规格一般表示成外径 ×壁厚 × 长度的形式 , 我们常用的管子规格是Φ19mm × 2mm , 25mm × 2mm , Φ25mm × 215mm , Φ38mm ×3mm 或Φ38mm ×215mm 。管长模数是
我们在设计管壳式换热器中经常遇到这样的 问题 : 对于某台换热器面积如果计算下来富余度 (overdesign) 不够或者是负值 , 我们不应简单地 增加面积 , 而应仔细分析设计的各种参数是否合 理 , 然后再考虑增加面积 。
1 设计输入
111 工艺参数 在设计换热器之前必须提供工艺参数 。 (1) 两侧流体的流量 。 (2) 两侧流体的进出温度 。 (3) 两侧流体的准确的操作压力对没有给定
(5) 如果没有给定两侧流体的污垢系数 , 设 计者应该参照 TEMA 标准 , 或参照以往的经验 数据 。
(6) 包括进出温度范围内的粘度 、导热系 数 、密度和比热等两侧流体的物性参数 。
(7) 两侧流体的流量 , 进出温度和热负荷之 间要匹配 。
(8) 如 果 没 有 特 别 要 求 , 设 计 者 可 根 据 TEMA 标准里各种不同结构的换热器的特性选 择换热器的类型 , 见图 1 。
(5) 被冷却的流体宜走壳程 , 便于散热 。 (6) 若两流体温差较大 , 对于刚性结构的换 热器 , 宜将给热系数大的流体通入壳程 , 以减少 热应力 。 (7) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为 宜 , 因在壳程 Re > 100 即可达到湍流 。如流动 阻力损失允许 , 将这种流体通入管内并采用多管 程结构 , 反而能得到更高的给热系数 。
换热器拓扑优化方案
换热器拓扑优化方案引言换热器是工业领域中常用的设备，用于传递热量。
换热器的设计和拓扑结构对热效率和能源消耗起着重要的影响。
本文将讨论换热器拓扑的优化方案，在保证换热效率的前提下减少能源消耗。
换热器拓扑的基本原理换热器的基本原理是通过流体之间的换热来传递热量。
常见的换热器类型包括管壳式换热器、板式换热器和螺旋板式换热器等。
不同的换热器类型有不同的拓扑结构，而换热器的拓扑结构对热效率和能源消耗有着重要的影响。
换热器的拓扑结构包括流体的流动路径和传热面积的分配等。
优化换热器的拓扑结构可以改善换热效率，减少能源消耗。
下面将介绍几种常用的换热器拓扑优化方案。
平行流换热器拓扑优化平行流换热器是一种常见的换热器类型，其流体流动方向与传热面积平行。
在平行流换热器中，流体在整个传热过程中保持相对稳定的温度差，热量传递效果良好。
在平行流换热器的优化中，需要考虑以下几个方面：1.流体的流动路径：通过合理设计流体的流动路径，可以使得流体在换热过程中的流动速度、涡旋和流动状态等参数达到最佳状态，从而提高换热效率。
2.传热面积的分配：在平行流换热器中，传热面积的分配对换热效果起着至关重要的作用。
通过合理分配传热面积，可以提高热量传递效率，减少能源消耗。
3.换热器的结构设计：换热器的结构设计也对换热效率和能源消耗有着重要的影响。
合理设计换热器的结构，可以降低流体的压降和泄漏损失，从而减少能源消耗。
针对以上问题，可以采用仿真和优化算法来优化平行流换热器的拓扑结构。
通过对不同设计参数进行优化，可以得到最佳的换热器拓扑方案。
逆流换热器拓扑优化逆流换热器是另一种常见的换热器类型，其流体的流动方向与传热面积相反。
逆流换热器的工作原理是在换热过程中使得流体的温度差随时间逐渐减小，从而达到更高的换热效率。
逆流换热器的优化和平行流换热器类似，也需要考虑流体的流动路径、传热面积的分配和换热器的结构设计等因素。
在逆流换热器的优化中，需要特别注意以下几个方面：1.流体的流动路径：逆流换热器中，流体的流动路径是由入口位置和出口位置决定的。
管翅式换热器优化设计方法(较为详细的表述)
管翅式换热器性能及结构综合优化的热设计方法陈维汉周飚华中科技大学能源与动力工程学院摘要：本文给出一种由翅片（或肋片）管组成的管翅式换热器的优化设计新方法。
该方法的理论依据是给定换热器结构材料而使的换热量最大的两侧换热表面的最佳匹配准则和两侧流体流动换热过程最佳的结构尺寸准则，以及使可用能损失率最小的最佳运行参数准则。
利用三个准则间的关系，采用迭代方式完最终成换热器的优化设计。
这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好与运行费用低的目的，且能在设计阶段实现。
关键词：管翅式换热器、换热表面间的最佳匹配准则、换热过程最佳结构参数准则、换热过程可用能损失率分析、考虑综合性能的优化设计法图书分类号：TK1241 引言管翅式换热器是广泛应用的热交换设备之一。
它常常应用在两侧流体的换热性能相差甚大的情况下，通常是以管外侧安装翅化表面来减小换热性能较差流体的换热热阻，而换热性能较好的流体在管内流动仍然保持较小的换热热阻，从而达到整体增强换热器传热效果的目的。
对于这样的换热器，如何去设计和运行是摆在工程技术人员面前的首要问题。
对于换热表面的设计，传统的做法是力求使两侧的换热热阻相同以获得最大的传热效果，这是等热阻匹配原则[1]。
这种认识如果从投资成本上来考虑，就是十分不可取的办法。
本文作者曾针对这一问题进行过专门的分析，导出了在给定投资费用（或换热面材料）的前提下两侧换热表面的最佳匹配关系式，即换热面积之比与其换热性能比和投资费用比之间的平方根关系式，这是平方根原则[2]。
按这种原则设计换热面就能达到单位传热量的投资成本最低，从而实现结构设计的优化。
同时，换热器设计的另一个问题是流动参数的设计。
传统的做法是以不超过允许的阻力损失为最后标准来选取流动参数。
这种做法人为因素的影响很大。
正确的办法是以单位传热量可用能损失率最小为目标来寻求流动参数的最佳值[3]。
这样就能实现单位传热量的运行费用最低，从而使流动参数的设计得以优化。
螺旋管紧凑式换热器传热性能分析
不同单管的换热
知, r s11 rs13 的温度分布与通常单管进口段情况 相似[ 5 6] , 内层螺旋直管段 rs2 与 rs3 的温度梯度 较低 , 而 rs29 ~ rs210 和 rs37 ~ rs38 的温度梯度 较高 , 是由 于 这些 直管 邻 近出 口, 接近 温 度为 300K 的低温空气。 同样, 邻近出口的弯管段 rb24 与 rb34 也有类似趋势。 因为内外流体间存在较高 的温度差 , 直管段 rs11 ~ rs13 与 rs41 ~ rs42 具有 良好的传热性能。 但对于下游的直管和弯管, 由于 内外 流体 的 温度 差 降低, 传 热 减弱。 管内工质 R141B 与管外空气存在一个高的温度梯度, 既使 R141B 进入如图 4 中的下游内线圈管, 内侧壁面的 传热仍然很高。
第 7 卷第 2 期 2008 年 6 月
热 科 学 与 技 术 Journal of Thermal Science and Technology
V ol. 7 N o. 2 Jun. 2008
文章编号 : 1671 8097( 2008) 02 0115 05
螺旋管紧凑式换热器传热性能分析
孔 戴, 彭 晓 峰, 杨 震
收稿日期 : 2007 11 20; 修回日期 : 2008 04 30. 基金项目 : 国家高技术发展计划 ( 863 计划 ) 资助项目 ( 2007A A 05Z200) . 作者简介 : 孔 戴 ( 1972 ) , 男 , 几内亚人 , 博士生 , 主要从事保温材料与性能、 高效换热器技术等研究 .
采用商用软件 F luent V6 模拟螺旋管内外的 强迫流动传热。 管内流动工质为 R141B, 管内流速 v = 0 1 m/ s , 相应的 Re 为 4 97 10- 5 , 进口温度 T = 350 K 。 管外空气流的流速为 u= 2 m/ s , 对应 计算域尺度的 Re 为 125 ( 取管径 1 mm 为特征长 度) , 进口温度 T = 300 K 。 这里考虑的问题是管 内制冷剂三维稳定层流, 管外空气则为三维稳定 湍流流动。 从管内到管外的对流流动传热使用 C 语言编 程的 UDF ( 用户定义函数 ) 模块解耦, 控制体积法 求解控制方程 , 采用 SIM PL E 算法来解决耦合流 速和压力 , 而用第二阶迎风格式用来求解动量与 能量方程。对所分析计算的三种情况, 分别用大 约 1 000 000 和 400 000 四边形网格可获得空气侧 和管内理想的收敛解。
螺旋管紧凑式换热器传热性能分析
螺 旋 管结 构 具 有 高传 热 性 能 ， 以此 发 展 出 的 紧凑式 换 热 器 ， 其 冷 凝 器 和 蒸 发 器 在 食 品 、 尤 医 药、 电力 、 工 等 行 业有 广 泛 的应 用 。 于弯 曲 段 化 由 离 心 势所诱 发 的二 次 流 ， 旋管 可 以强 化传 热 。 螺 文献［ —］中已有一些关 于螺旋管流动传 热的 １６
维普资讯
第 ７卷 第 ２期
２０ ０ ８年 ６月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＴ ｅ ｍａ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｈ ｒ ｌ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ Ｓ
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｖ０ ． ． １ ７ ＮＯ ２
摘要 ： 数值模 拟研究 了紧凑式小管螺旋管换热器 的流动换热特性 。 螺旋管换热器 由 ３ 个单 管（ ５ 直管和弯 管）
构 成 ， 外 为 空 气 冷 却 ， 内流 过 不 同温 度 的 液体 工 质 Ｒ１ １ 。 拟 结 果 表 明 ， 单 根 螺 旋 管 内 外对 流 传 热 系 管 管 ４Ｂ 模 各 数 、 度 分 布 和 传 热 性 能 ， 要 受 内外 流 体 温 度 梯 度 、 流 条 件 、 部 空 气流 速 和 单 根 管 的 传 热 表 面 积 等 因素 温 主 回 外
的总传 热面 积为 Ａ 一 Ａ Ａｂ一 ４ １ｍｍ ＋ ９ 。
在 笛卡 尔 坐标 系下 ， 层 空气 流 动 和传 热 控 外 制方 程 分别 为
微裸管式换热器的优化设计
微裸管式换热器的优化设计sawat Paitoonsurikarn、延秀笠置和虞姬铃木东京大学机械工程学系日本113-8656东京都文京区本乡7-3-1电子邮件：sawat@thtlab.tu-tokyo.ac.jp;传真：+81-（3）-5800-6999关键词：紧凑式换热器，管本行，光管，优化设计，模拟退火技术摘要目前已经研发的基于模拟退火技术的一个最佳的设计工具紧凑式换热器，它的性能与市售的紧凑式换热器相比，目前的设计都采有小口径管，没有传统的肋片，通过所有设计问题的测试，本换热器的设计中的条款提供了显著的改善程度抽水电源，热传导效率，和/或核心音量大小。
在管的直径范围被发现有0.3-0.5毫米的优化设计。
实验室实验用0.5毫米的原型热交换器外径裸管确认的数值结果。
1.引言随着全球环境问题的日益重视，在科学和技术领域，高效的能源利用成为了越来越迫切目标。
不同基础技术都有待提高，在此之中，热交换器在各种热能处理过程中是常见的主要组成部分之一如转换，交通运输，消费量和存储。
换热器性能的改善都直接或间接地影响各种设备和系统的性能，这将导致更好的公用事业和工业能源生产，空调系统，制造工艺，运输系统，甚至是信息设备，所有这些都应该有助于减少温室效应气体的排放。
因此，目前的工作旨在在开发高性能热交换器的优化设计工具。
强调的是为汽车空调系统的紧凑式热交换器奠定了基础。
一般来说，强化传热是通过采用扩展传热表面，如百叶窗，肋片和偏移肋片。
虽然现代换热器性能通过增加精心设计的传热表面令人钦佩，但与此同时由于特设编造流程也导致生产成本的增加。
此外，通过大量的工业努力与这种复杂的几何形状延长热传递表面的方法，对换热器性能的进一步改善似乎已经接近饱和。
图1.微裸管式热交换器图2.顺列布置与错列布置的比较另外，众所周知，考虑努塞尔数（NU= HL/ K）下的传热系统的研究，传热系数h 本身随着特征长度尺度L的减少只会增加。
螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构与优化设计
螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构与优化设计引言：换热器是一种常用的热交换设备，用于在不同介质之间传递热量。
螺纹锁紧环式加氢换热器是一种具有高效换热性能和可靠性的换热设备。
本文将讨论该换热器的换热管束结构，并提出其优化设计方法。
一、螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构1. 换热管束的构成螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束由一串管子组成，这些管子被固定在一个支架上，并与进出口管道相连。
每个管子都有一系列的螺纹，形成螺纹管束。
管束中的每个管子都充分接触，以优化热量传递。
2. 螺纹结构设计在螺纹锁紧环式加氢换热器中，螺纹结构的设计起着至关重要的作用。
合理的螺纹设计可以增加管子的表面积，提高热传导效率。
一般来说，螺纹的深度、间距和形状都会影响热量传递的效果。
3. 管束固定方式为了确保管束的稳定性和安全性，螺纹锁紧环式加氢换热器通常采用螺纹锁紧环来固定管束。
螺纹锁紧环可以有效地防止管束松动和位移，保证换热器的正常运行。
锁紧环的设计需要考虑到管束的尺寸和材料的选择。
二、螺纹锁紧环式加氢换热器的优化设计方法1. 管束材料在螺纹锁紧环式加氢换热器的优化设计中，选择合适的管束材料非常重要。
材料的选择应考虑到其耐腐蚀性、导热性和强度等因素。
常见的材料包括不锈钢、铜合金等。
2. 管束间距管束间距的选择对换热器的换热效率有着重要影响。
过小的管束间距可能导致管束堵塞和流动不畅，而过大的间距则会降低换热效果。
因此，需要根据具体的换热需求和流体参数来确定合适的间距。
3. 螺纹形状螺纹锁紧环式加氢换热器的螺纹形状应根据流体特性和换热要求进行设计。
一般来说，螺纹的形状可以是圆形、方形、三角形等。
通过合理设计螺纹的形状可以增加管子的有效换热面积，提高换热效率。
4. 锁紧环的设计为了确保管束的固定和安全，锁紧环的设计也需要考虑到多个因素。
合适的锁紧环尺寸、材料和结构可以增加管束的稳定性，并减少运行过程中的振动和松动现象，从而延长换热器的使用寿命。
紧凑绕管式换热器的优化设计
3研究方法及过程
热 力 பைடு நூலகம் 算 模 型
集总参数模型： 这类模型是最典型的热交换器的设计模 型，它们是在两股单相流的热平衡的基 础上建立起来的。 分布参数模型：这类模型是将换热器分成不同规格单元， 并将集合参数模型运用到它们中，和就 是最常见的形式。 流 的 演 化：流的演化是对每股流在一维空间上存在 着质量、动量、能量平衡的稳态模型， 这类模型通常被植入到专用软件中
输入原始数据 输入介质物性参数 输入需求项目名称 建立各项目和以上参数的函数关系式
调整关键设计数据
对比分析设计数据 得出合理设计数据
4研究结论与展望
• 总传热系数和 压降是衡量换 热器优劣的重 要参数。本设 计参考Linde 公 司提供的绕管 式换热器的工 艺数据与本设 计的关键参数 进行对比分析
紧凑绕管式换热器的 优化设计
答辩人：侯东萍 学 号：2013444226
导 师：田野
目录
1、研究背景 2、研究目的及意义 3、研究方法及过程
4、研究结论与展望
1研究背景
绕管式换热器：
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
项目
总传热系数
实际传热面积 m2
管程压降 Kpa
壳程压降 Kpa
设计值
526.3
2380
150
29
对比值
526
2400
133
35
偏差
0.05%
0.84%
11.6%
19%
4研究结论与展望
• 管壳侧压降都与原设计值相比偏小，这可能是 因为计算压降时, 仅计算管侧在管内的压降, 壳 侧仅计算管束有效高度的压降, 未考虑封头管 板等局部阻力, 因此造成压降计算偏小。
缠绕管式换热器
管路复杂度
大型LNG绕管式换热器： 常温的天然气从换热器的底部进入管程，从
过冷的LNG从顶部流出，壳侧内的流体为制冷剂，且从顶 部进入。
4大型LNG绕管式换热器
应用场合：大型陆上天然气液化厂和大型LNG-FPSO ( 浮式 生产储存卸货装置)中的主低温换热器。
液化能力：液化能力已经由最初的100万吨LNG/年增到780 万吨LNG/年。
谢谢！
国外研究现状：年产大于780万吨的单体绕管式换热器和对 FPSO进行结构改进，以适应海上情况
国内研究现状：开封空分正在研发200-300万吨/年LNG的大 型绕管式
4大型LNG绕管式换热器
绕管式换热器的关键技术
材料
结构
传热计算
换热管
(高负荷) (耐低温)
管板 (适应性)
国内 空白
重量 铜或奥氏体不锈钢
结构
连接技术
换热管和管板连接： 强度胀接+密封或焊贴胀+强度焊; 连接性能检验：拉脱、连接和低温
换热管与中心筒的连接：铝垫条无法直接固定在中心筒上， 第一层管仅作为垫条固定使用
热负荷均匀 预冷段、液化段和过冷段热负荷合理分配，互相协调
应力载荷均匀
中心筒缠绕技术：芯体总层数是49层，为了解决芯体受力 不均匀问题，在缠绕到第35层时增加第二个中心筒。通过 翼板把两个中心与壳体连接在一起
在传热模型建立上，考虑弯曲率和扭转率对管内流 动的影响。
结果表明，与弯曲率相比，扭转率对管内的流动影 响极小。弯曲率使流动截面出现两个旋转方向不同 的漩涡，而扭转率只是使一个漩涡的中心角度发生 扭转，失去对称性。
管内流动几何模型
2绕管式换热器
壳侧传热与流动研究
缠绕管式换热器
缠绕管式换热器缠绕管式换热器不仅是大型化工工艺过程重要的设备，而且是一种高效节能的设备。
这种换热器结构复杂，价格昂贵，而且处于装置关键部位，因此一旦这些换热器发生泄漏，整套装置必须要停工，而且重新制造一台最快需要半年，企业的损失将非常巨大。
正常换热器的使用寿命一般在12～20年左右，企业可以根据实际使用情况和使用寿命的期限来有计划地进行更换，但是在国内也有很多企业由于对绕管换热器的全过程管理不到位，使用了很短时间即发生了质量问题。
为了确保缠绕管换热器长周期运行，对缠绕管换热器使用的全过程管理十分必要。
1、缠绕管式换热器简介缠绕管式换热器由绕管芯体和壳体两部分组成（图1）。
绕管芯体由中心筒、换热管、垫条及管卡等组成。
换热管紧密地绕在中心筒上（图2），用平垫条及异形垫条分隔，保证管子之间的横向和纵向间距，垫条与管子之间用管卡固定连接，换热管与管板采用强度焊加贴胀的连接结构，中心筒在制造中起支承作用，因而要求有一定的强度和刚度。
壳体由筒体和封头等组成。
它应用于工程的主要优点有：a. 结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积。
对管径8～12mm 的传热管，每立方米容积的传热面积可达100～170m2；b. 可同时进行多种介质的传热；c. 管内的操作压力高，目前国外最高操作压力可达21. 56MPa；d. 传热管的热膨胀可自行补偿；e. 换热器容易实现大型化。
2、缠绕管式换热器的工业应用情况在国外，缠绕管式换热器广泛应用于大型空气分离装置的过冷器及液化器（液体氧、液体氨装置），林德公司在合成氨甲醇洗系统中推出的缠绕管换热器系列正是充分发挥了该种换热器的作用。
缠绕管式换热器在我国目前主要应用于大化肥合成氨装置（美国德士古工艺）中甲醇洗工段，每套装置中一般有6台缠绕管式换热器，这些换热器的具体情况见表1。
在我国最早的十多套装置中的缠绕管换热器大都已更换，其中大都是已到使用寿命限期，但也有不少为管理不善而造成的损坏。
紧凑热交换器的优化设计探究
紧凑热交换器的优化设计探究郑逢庆;郑逢美【摘要】优化设计紧凑交换器时,应该考虑各种不同传热表面的板翅式紧凑热交换器的优化计算,要求建立起的程序是通用的并且有创新性.该优化程序不仅适用于常见的地面热交换器,同样也适合大型机器的热交换器.优化设计与传统的设计理论和设计相比较,进步了很多,具有传统设计方法不可比拟的优势,效果更加显著,工作效率大大提高.不断优化的热交换器与未优化前相比,芯体之间间隔更佳紧密,传热效果更好.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2018(049)002【总页数】1页(P48)【关键词】优化设计;热交换器;数学模型【作者】郑逢庆;郑逢美【作者单位】新乡航空工业(集团)有限公司134厂,河南新乡 453049;新乡职业技术学院,河南新乡 453006【正文语种】中文【中图分类】U261.163+.2传统的设计方法有很大的弊端，很难找到有效全面的满足热转换器的性能要求，只有凭经验才能大概得出最有利解。
除此以外，传统的设计方式存在不足，满足热交换与压降的性能要求，但是在此基础之上，对于重量、体积、成本以及其他方面的问题还不能较好的满足。
此外，传统的设计方式对热交换器代偿损失的计算存在误差。
计算机进行辅助设计可以有效解决这个问题。
文章探讨如何建立有效的通用优化程序系统。
经过不断试验结果可以计算出，条状肋片的效果最佳。
1 紧凑热交换器通用优化程序系统优化程序系统指常见的紧凑热交换器优化设计程序系统。
使用的范围是传热表面的板翅式紧凑热交换器的优化设计。
在实际操作中，只需要把数据进行录入，主要是指程序系统的要求，程序的运作模式，就可以将系统进行快速设计，得到指标以及程序系统的流程图[1]。
文章重点探讨了函数法对程序优化的作用。
函数法对初始数据的要求较高，数值必须为严格满足不等式约束的条件。
所以在对程序采取优化操作前，要计算SIZ，SIZ计算当下较为先进有效的热交换器设计法。
并且该方法不需要反复做实验，直接代入数值求出结果，在实验中不会改变芯体尺寸，也不需要考虑损失。
紧凑式换热器PPT
微通道 >1500 >7000 300~2000 层流 >10 1 1 0.75
微通道换热器的应用
1990~1991年国外首次研制出CO2汽车用气体冷却器，,这种铝制管 翅式换热器的管外径和内径分别为4.9/3.4 mm。由于存在热短路问题, 并且没有考虑最小爆裂压力 1994年又提出了第二代管翅式气体冷却器模型,所用管内、外径分别 为2.0/3.2 mm,符合最小爆裂压力要求。由于小直径管存在机械涨管 问题,进而又提出了平行流或多通道换热器的概念伴随CO2的发展
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紧凑式换热器的分类
层叠式换热器 层叠式蒸发器继承了管片式和管带式蒸发器的结构上的优点,是一种 流道为U形的板式换热器,冲压成型的流路板两两焊接,构成制冷剂流 道。
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紧凑式换热器的分类
微通道（气体冷却式）换热器 为适应工作在CO2的跨临界区的高压，采用微通道（直径为 0.01~0.2mm），在翅片侧开百叶窗以强化空气侧传热,制冷剂流程采 用平行流方式布置,这种紧凑的结构有效地提高了单位体积的换热量。
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微通道换热器的应用
CO2制冷系统蒸发器的历史发展过程类似于气体冷却器,第一代为机 械扩展管翅式结构,第二代换热器由一些小直径圆管组成,为解决耐压 问题和小管径涨管加工困难,开发了第三代“平行流”微通道蒸发器, 如图7所示。采用多个平板组成传热管,平板被挤压出微通道管,管径 在.7~2 mm之间,传热管插入垂直积液管,折叠翅片安装在管中间。
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微通道换热器的发展历史
微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷 却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。
换热器工质通过的水力学直径从管片式的10~50mm,板式的3~10mm, 不断发展到小通道的0.6~2mm,微通道的10~600μm,这既是现代微电 子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性 使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等 领域提高效率、降低排放的技术革新。
紧凑式换热器的设计
第二章紧凑式换热器的设计、校核、性能分析板翅式和主表面型换热器由于具有体积小、重量轻、效率高等突出优点[24]，在工业上应用很广泛，它们的设计、校核、性能分析对工业的发展起着很重要的作用。
随着现代科学技术和生产的迅速发展，对产品设计质量和速度提出越来越高的要求，传统手工设计已无法适应发展的需要，运用面向对象的计算机辅助设计技术可以提高设计效率、缩短设计周期，可对产品进行精确的计算分析，采用先进的现代设计方法，获得最佳设计方案，提高设计质量，并有助于促进产品设计的标准化、系列化、加速产品的开发，提高市场竞争力。
§2.1 软件的系统结构随着计算机技术的发展，换热器的设计软件层出不穷，但传统的换热器设计软件一般只涉及换热器的某一两方面，或仅仅只能实现常规工况下的换热器设计，或包括设计和校核，或包含换热器的设计计算和绘图输出，或是换热器的设计和优化，这些软件虽说能实现换热器的某些功能，但内容都比较单一，不能满足人们对换热器的需求。
一个功能完善的换热器软件应包括换热器的设计、校核、性能分析、优化及参数化绘图。
换热器要应用于生产中，首先要对换热器进行设计，因此换热器的设计是换热器软件最主要也是最基本的功能。
其中，不仅要对设计常规工况下的换热器进行设计，也要对多工况下的换热器进行设计，因为在实际生产中，换热器的运行工况是变化的。
而且对于可选择的换热型面，不仅可以对标准型面进行设计，还应可以对通过实验获得性能的新型面进行设计，即将新型面能扩展到该软件中，扩展性是软件很重要的一个功能。
在实际生活中，有时人们不能通过实验获得某一新型面的换热及阻力性能，但人们又希望能够了解该型面的性能，因此通过软件对新型面进行性能预测是很必需的。
换热器设计好之后，能不能确实满足生产需求，需对换热器进行校核设计。
换热器的优化是换热器设计的一个很重要的方面，运用优化方法对某一目标进行优化，使所设计的换热器各参数达到最优，使之最适合该场合的应用。
紧凑热交换器优化设计
紧凑热交换器优化设计
余小章;俞勤芳
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】1994(026)004
【摘要】对各种传热表面的板翅式紧凑热交换器进行了优化设计计算，建立了通用优化程序系统。
此程序既适用于一般地面热交换器，也适用于飞机空调中的热交换器。
与传统的设计计算相比较，优化设计的效果很好。
热交换优化后，肋片的形状变得更加合理，芯体传热表面更加紧。
通过各种肋片的计算得出，条状肋片为板翅式肋片中的最佳者。
【总页数】6页(P489-494)
【作者】余小章;俞勤芳
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】V245.34
【相关文献】
1.小巧紧凑的热交换器——一种新型的、紧凑而耐用的热交换器解决了在恶劣的海洋环境中加热石油的问题
2.热交换器式热量表中热交换器的优化设计研究
3.紧凑热交换器的优化设计探究
4.高效紧凑式热交换器的计算机辅助设计——优化设计自动制图一体化
5.Holmak公司：高效紧凑壳管式热交换器
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