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1、双金属翅片管蒸汽加热器优化设计软件的开发与应用沈迅伟曾学锋（南京化工大学机械工程学院．南京210009）摘要提出了以风侧流阻最小为目标函散，传热负荷与迎风面尺寸为约束条件的双盘属翅片管换热器优化设计模型，并开发出了相应的设计软件，成功地进行了在尿素大颗粒工程中五台蒸汽加热器的优化设计。关键词双金属翅片管蒸汽加热器约束最优化设计枚举比较法软件双金属铝轧片式翅片管是一种高效的传热元件，见图1所示。基管可根据管内介质的要求选用不锈钢、碳钢、耐蚀钢、镍钢、钛管等，铝管经过粗、精两次轧制，形成紧套在基管上的铝
2、翅片管。由于铝的导热系数远高于钢，铝翅片管翅片很高，，片厚很薄，翅化比高达20以上，远远超出高额焊及绕片式翅片管，具有很高的传热效率。另外，铝翅片管翅片抗“倒伏”性能好，能长期可靠地运行。双金属翅片管目前主要应用在空冷器上，特别是一些与电厂设备配套的大型空冷器上。在蒸汽加热器上的应用还不多见。在蒸汽加热器中，原料气（空气）往往要从常温被加热到150℃以上，如此高的温差将导致很大的传热负荷，在有限的迎风面上往往要布置很多排管子，这样使得系统阻力降很大，它不仅增加了能耗，而且还会影响到风机的正常运行。因
3、此，如何进行优化设计，即在给定的传热负荷与迎风面尺寸等约束条件下，寻求风侧流阻最低将是我们设计工作的重点。本文提供了以风侧流阻最低为目标函数，传热负荷与迎风面尺寸为约束条件的双金属翅片管换热器优化设计模型，通过对设计变量离散化，采用枚举比较法进行约束最优化处理。同时，开发出了相应的优化设计软件应用该软件，成功地设计了五台尿素大颗粒工程中的蒸汽加热器。1优化设计1.1传热及流阻计算公式双金属翅片管蒸汽加热器的工艺设计主要包括传热计算和流阻计算。管内介质为饱和蒸汽，传热系数K主要取决于管外风侧的给势系数
4、。流体（空气）横掠翅片管束，正三角形叉排环翅时，采用Briggs-Young公式。以基管外表面为基准的传热系数Kot其中α′=βαη除了用Briggs-Young经验公式外，根据翅片管换热试验装置的实验结果，回归出试验公式如下：新官试验时总传热系数：其中考虑管外污垢及接触热阻的修正值，考虑空气温度修正值，而以基管外表面为基准的传热系数Kot′管外空气测流阻计算，流体横掠翅片管束阻力，当三角形叉排环翅时，Robinson-Briggs公式1.2数学模型双金属翅片管蒸汽加热器的优化设计，一般是在给定传热
5、负荷，迎风面尺寸及其它技术条件和要求下，找出一组使换热器的技术和经济指标达到最优的设计参数。根据传热和流阻计算公式，优化设计变量为：翅片管标准系列（每个系列包括基管外经，翅片片距，翅片外经，翅片根径，翅片片厚和翅化比），排间距和管间距，将设计变量离散化后，其数学模型可表达为：目标函数:△p=F({do′,b,df,do,δf，β}，ST，SL)求X={X1,X2,X3,X4,X5,X6}={do′,b,df,do,δf，β}Y=ST，Z=SL使得min△P约束条件：1≤Row（Xj）≤27，j=1,
6、2,3,4,5,6,1.05df≤Y≤1.5df，△=0.5mm0.87df≤Z≤1.5df，△=0.5mm由于△p表达式复杂，而X,Y,Z的取值范围不大，将其离散化后，用枚举比较法寻求min△P，其可靠性和准确性可用离散密集程度来保证。1.3离散变量优化设计方法表1翅片管标准系列序号基管外径（mm）翅片片距（mm）翅片外径（mm）翅片根茎（mm）翅片片厚（mm）翅化比1φ165.1φ35φ17.20.646.62φ163.2φ35φ17.20.3310.13φ162.3φ35φ17.20.3113
7、.54φ161.8φ35φ17.20.3016.85φ162.3φ44φ17.40.4523.56φ162.3φ30φ17.40.309.37φ162.7φ38φ17.50.4214.48φ162.75φ35φ17.30.5211.89φ192.8φ44φ20.40.3815.510φ192.3φ44φ20.40.4318.711φ201.8φ35φ21.30.3011.812φ222.3φ44φ23.50.4314.813φ222.8φ44φ23.50.3812.414φ255.1φ50φ26.4
8、0.568.315φ252.8φ50φ26.40.4314.216φ252.3φ50φ26.40.3816.917φ253.2φ50φ26.40.4212.418φ253.2φ57φ26.40.4217.119φ252.8φ57φ26.40.4219.320φ252.5φ57φ26.40.4021.221φ252.3φ57φ26.40.3823.422φ322.3φ64φ33.40.3820.823φ322.8φ64φ33.40.3817.324φ322.3φ57φ3
