采用扭曲片内插件的管壳式换热器自动设计新方法

作     者：崔祎 李孟原 杨路 李海东 张奇琪 常承林 王彧斐 CUI Yi;LI Mengyuan;YANG Lu;LI Haidong;ZHANG Qiqi;CHANG Chenglin;WANG Yufei

作者机构：中国石油大学(北京)化学工程与环境学院 重庆大学化学化工学院 浙江大学化学工程与生物工程学院 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项(2024CDJXY010) 重庆市出站留(来)渝博士后择优资助项目(Z20240373) 国家自然科学基金(22008210,22022816,22078358) 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2024年第43卷第09期

页      码：4824-4832页

摘      要：管壳式换热器作为应用最广泛的换热器，对其进行优化设计是一个十分重要的研究主题。现有的设计方法多数是基于启发式方法求解或调用商业求解器，其运算速度较慢且不能保证设计解的质量。本文将集合修剪算法应用于管壳式换热器的自动设计，将管外径、管长、壳程直径、管程数、扭曲片节距、扭曲片厚度等定义为离散变量后输入，程序自动输出设计结果与方案。对采用扭曲片内插件的管壳式换热器进行自动设计优化，分别以最小化换热面积、年度总费用、净现值作为优化目标进行单目标优化。对比发现集合修剪算法可以保证设计解的全局最优，同时降低优化求解时间，可在0.5～2s内给出结果。以换热面积最小化为目标函数的优化结果显示，集合修剪算法可得到更小的换热面积，比文献值减少了0.7%，同时采用强化传热可减少换热面积。热流分配在管程时，强化技术降低了7.7%的换热面积，管程侧的压降则提高了16.9%；热流分配在壳程时，则降低14.6%的换热面积，管程压降提高了98.7%。以最小化年度总费用和净现值为目标的优化结果显示，强化传热的费用低于未强化情况，热流分配在管程时费用降低13.1%，分配在壳程时则降低0.57%。此外，换热器的费用也会受到成本参数的影响。

主 题 词：换热器 强化传热 全局最优 集合修剪 

学科分类：080706[080706] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1410

馆 藏 号：203124414...