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大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计方法
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TK124[动力工程及工程热物理—工程热物理;动力工程及工程热物理—热能工程] TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州310027
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划,2011CB706506)、国家自然科学基金青年基金(51005204,51375012)、浙江省自然科学基金(Y13E050014)和国家科技计划(2013IM030500)资助项目.
中文摘要:

板翅式换热器是空气分离系统中实现冷凝、液化、蒸发等热量交换的关键装备,具有小温差不稳定传热、二次传热、允许阻力小、多股流物性变化激烈的显著特点。已有设计方法难以解决大型化引起的通道负荷不均、通道偏流失匀、工质流阻增加、换热效率下降问题。为此,提出了一种大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计方法。根据空分工艺流程,按多股流质量流速确定其流道数,沿外侧隔板正向逐通道选择可排流体,通过标准正态分布概率随机预设定初始排列,对反向有限个通道重排实现排列回溯,以累积换热负荷峰值、方差和范数为综合判据,在全通道可行排列集合中,确定多股流通道最优排列,满足了换热器大型化对通道多股流换热高均匀性的要求。在纵向传热与横向传热方向建立热平衡方程组,实现换热器多股流间单叠与复叠传热的逐流段设计,提高了长流道换热器参数的设计精度。进行换热器芯体传热与流阻性能的物理试验,比较不同翅片、不同排列的换热器芯体性能,对冷热流间相互传热的逐流段校核设计方法进行验证。所提出的方法已应用于八万等级大型化空分换热器研制。

英文摘要:

Plate fin heat exchanger (PFHE) is key equipment where condensation, liquefaction, evaporation and other heat exchanges occur in alr separation unit (ASU). The distinctive characteristics of PFHE are small temperature difference unstable heat transfer;secondary heat transfer;low allowance resistance;fierce physical properties changing of multi-streams. The existing design methods face the problems such as unbalanced heat load of passage;maldistributed passage flow;increased flow resistance;decreased thermal efficiency. Therefore, a segmented design method of performance enhancement for large PFHE of cryogenic ASU is proposed. Passage amount of each fluid is preset according to the mass flow rate of multi-streams on the basis of ASU process. The feasible fluid is originally prearranged with standard normal distribution probability passage-by-passage forward from external cover plate. Arrangement backtracking is realized by rearranging finite passages backward. The optimal passage arrangement of PFHE is determined from all possible passage arrangement according to synthesis criteria of peak, variance and norm of accumulative heat load. Heat balance equation set is built in longitudinal and horizontal direction. Segmented design of PFHE is realized considering heat transfer among multi-streams of single-cold-stream and dual-cold-stream to improve design accuracy of long passage heat exchanger parameters. The PFHE experiment of heat transfer and flow resistance is accomplished. The PFHE cores with different fins and flow configurations are compared to verify the segmented design method of PFHE. The proposed method is applied to the development of corollary PFHE of 8×104 N·m3O2/h ASU.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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